基于卡尔曼滤波器的cstr控制器的设计论文_学位论文.docVIP

本科毕业设计论文 基于卡尔曼滤波器的CSTR控制器的设计 学 生 姓 名： 周景龙 班 级： 电技061 学 号： 0601030115 指 导 教 师： 张虹 所 在 单 位： 电气工程学院 答 辩 日 期： 年 月 日  摘 要 连续搅拌反应釜(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)是连续流动反应器，或简称全混流反应器，是化工工业生产过程中必不可少的生产工具，其设计状况的好坏直接影响生产质量和效率。所以，对CSTR反应器的建模与设计也就变得非常的重要。 在实际过程中，CSTR经常受到外部和内部因素的影响，如反应物浓度变化、副反应、温度和外扰等，并且CSTR的化学反应过程是一个非线性、时变、有纯滞后的过程，对这类系统难以建立精确的数学模型。我们可以把反应物浓度变化、副反应、温度以及外扰等看作是模型中的不确定性问题来处理。对这些的不确定性问题的正确处理，才会有助于我们建立精确的数学模型，进而实现系统的建模和仿真。我们的首要问题就是实现对反应物的浓度变化、反应温度和冷却温度等系统的状态值的精确预测估计，下面的问题才可游刃而解。因此，研究连续搅拌反应釜的预测估计方法有非常重要的意义。 本文提出了一种基于卡尔曼滤波的CSTR控制器的设计，通过由浅入深、循序渐进的方式，我们完成了基于卡尔曼滤波的CSTR控制器的设计仿真，由此证明了卡尔曼滤波的广泛的实用性，经过对基于卡尔曼滤波CSTR控制器的预测估计的状态值与实际值作比较，我们可以看到经过短暂的时间后估计的状态值能够实时跟踪上实际的状态值，预测估计的效果很是明显。而且再经过状态反馈后，CSTR系统的阶跃响应调节时间变短，响应速度加快，能快速达到稳定状态且无明显超调，因此基于卡尔曼滤波的CSTR控制器可以达到理想的性能。 关键词: CSTR控制器；非线性；卡尔曼滤波；状态反馈控制器 Abstract Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR) proves its continuous flow reactor or mixed flow the reactor. It is an indispensable tool in the chemical industrial production process, whose design conditions will have a direct impact on production quality and efficiency. So, the design and modeling on CSTR reactor becomes very important. In the actual CSTR process, often affected by external and internal factors, such as reaction temperature, concentration, and etc., and CSTR process of chemical reaction is a nonlinear time-varying, having pure lag, the process of this kind of system, to build an accurate mathematical model is very difficult. We can put the reactant concentration, temperature side effects and perturbation, regard as the model of the uncertainty problem to deal with. The correct treatment of the uncertainty of these problems will help us establish accurate mathematical model, and then realize the system modeling and simulation. Our primary problem is to realize the precise estimation and prediction of changes of the value of the system status such as reactant concentration, reaction temperature and the cooling