化學反應器自動控制
正文
化學反應器是化工生產過程中的重要設備。在化學反應器中可按受控條件進行化學反應。反應器的結構有箱狀和管狀兩種，前者容納均勻混合的反應物，後者則連續流過反應物。反應器的操作方式有批量和連續兩種。化學反應可按單相和多相進行，多相反應通常在催化劑的作用下進行。批量反應在給定的時間內進行，連續反應沿反應物流體的流線進行，催化反應沿催化劑的表面進行。反應器控制的優劣對生產過程的經濟效益有直接影響。反應器的控制變數為反應物的流速，控制作用施加在反應器內或入口處的反應物流體上，同時對流速的變化率和範圍均有限制。因此，化學反應器的控制屬於約束控制，常採用最優預測和適應控制。建模 建立化學反應器的動態模型需要考慮反應物平衡方程,能量和動量平衡方程,反應速度的動力學表達，遷移現象，相平衡以及化學平衡等方面。在建模中需要作大量簡化，但大多數模型仍具有很強的非線性。化學反應是在時間和空間中進行的，所以採用常微分方程和偏微分方程描述。
模型參數估計 反應器模型的參數估計（見系統辨識）依據批量實驗數據進行。這種方法屬於離線估計，通常分別進行反應動力學、物理特性、遷移現象和液體流量（如測量滯留時間分布）等方面的參數估計。20世紀70年代末以來逐漸採用實時線上辨識，並將辨識系統直接接在適應控制系統上，而離線辨識則用於研究反應器模型的多變數特性和非線性特性。最常用的離線參數估計方法基於模型殘差協變矩陣行列式的最小化。線上參數估計基於相同的非線性回歸原理，但殘差協變矩陣隨時間變化。常用記憶漸消濾波器進行參數更新，即在濾波器中寫入所有變數及其向量積，並在規定的時間間隔內用重複進行的行列式最小化來更新參數。參數在兩次更新之間的變化不很大，最小化疊代的次數也不多。這種參數估計要求對輸入取合理的期望值，這在適應控制的條件下一般是能滿足的。
控制 現代化學反應器計算機控制的最好算法是最優預測和適應控制算法。在每個採樣間隔對反應器的輸入輸出進行採樣，控制作用則在採樣間隔中持續進行。在控制算法中考慮了過程動力學和經濟指標的非線性，並採用多變數系統。指標函式F(X0,U)為輸入U 和輸出X0的非線性函式。在經濟指標函式中還可考慮包括生產率和選擇性這樣的派生變數。在考慮等式約束g(X0,U，V)=0（V 為干擾矢量）和不等式約束h(X0,U )≥0之後,指標函式取如下形式：
