基于人工神经网络的CSTR温度控制研究.pdfVIP

第29卷 2013 哈尔滨师范大学自然科学学报 V01．29。No．4 第4期 NATURALSCIENCES OFHARBINNORMALUNIVERSITY JOURNAL 基于人工神经网络的CSTR温度控制研究 刘奇琳 (武夷学院) 【摘要】在对自适应神经网络进行分析和研究的基础上，对连续搅拌反应釜 进行了建模，使用基于径向基函数的神经网络系统对釜内的温度进行了控制．使用 MATLAB实现了温度控制系统，仿真实验结果表明，文中设计的模型和系统具有良 好的自适应性、鲁棒性和抗干扰能力．验证了人工神经网络在CSTR中的温度控制 的应用，为CSTR的控制提供了一种新的方法． 【关键词】连续搅拌反应釜；人工神经网络；自适应控制；径向基函数 该文研究釜内的热平衡过程，引入状态变量 0 引言 建立常微分方程组，分析等温反应器的复杂反应 stirred 利用连续搅拌反应釜(Continuous 过程．基于神经网络算法建立连续搅拌反应釜的 tank reactor，CSTR)进行聚合化学反应是目前广温度响应模型．人工神经网络是由大量处理单元 泛采用的一种生产方式¨o．在塑料、化纤、合成橡 互联组成的非线性、自适应信息处理系统，拥有 胶三大合成材料生产中，连续搅拌反应釜的数量 自学习能力，联想存储能力和高速寻找优化解的 约占合成生产反应器总量的90％以上．在连续 能力，应用于连续搅拌反应釜中能有效实现最佳 搅拌反应釜系统中最重要的参数是反应温度，连 控制．使用MATLAB语言实现了温度控制模型， 续搅拌反应釜温度控制的品质直接影响产品质 并分析其稳态工作性能以及改变输入变量时的 量和产量．如果聚合温度超出一定的偏差，就会 动态性能，实验结果表明，文中提出基于神经网 影响产品的质量，严重的导致产品转型．而釜温 络的CSTR温度控制方法具有稳定和快速的响 波动过大则会使聚合度分布不均，产品质量下 应，在连续搅拌反应釜中有良好的应用前景． 降．如果反应釜移热不及时可能导致爆聚，引发 生产事故；移热过多又可能导致僵釜，所以聚合 1 连续搅拌反应釜建模 过程对反应温度的要求相当严格‘2o．另外由于化 连续搅拌反应釜的工作过程可以简单描述 学反应过程中转化率等过程参数的测量方法非 为：反应物料由进料泵控制，以一定速率连续流 常复杂，控制反应温度成为一种间接控制产品质 人反应器中进行反应，反应所产生的热量由反应 量的有效方法．但是连续搅拌反应釜的工作过程 釜夹套中循环的冷却剂带走，同时冷凝塔也对釜 具有复杂工业生产过程的典型特性，如：非线性、 内温度的控制起～定的作用，已反应的物料则连 大惯性、时变性等‘3j，使得系统的准确建模变得 续从反应釜中流出H一．图1为连续搅拌反应釜的 相当困难，对其温度控制也非常复杂；同时复杂 工作示意图．图中c。是生成物A的浓度，r为反 非线性系统的完善有效控制策略的缺乏也给基 应器的温度，F为进料流速，Z为冷却剂温度．对 于连续搅拌反应釜的化工过程系统的实时有