[发明专利]基于张动力学的搅拌罐排空及浆液输出浓度保持的方法

说明书

技术领域

本发明涉及控制领域，具体涉及一种基于张动力学(Zhang dynamics，ZD)的搅拌罐排空及浆液输出浓度保持的控制方法。

背景技术

搅拌罐的排空已成为现代工业中一个重大问题，而现行的方法较多关注于如何排空罐内的沉积物，而且仅仅将其作为液体废料排出，造成极大的浪费和工业污染。“十二五”规划明确指出我国工业的总体目标是全国工业领域清洁生产推进机制进一步健全，技术支撑能力显著提高，清洁生产服务体系更加完善，重点行业、省级以上工业园区企业清洁生产水平大幅提升，清洁生产对科学利用资源、节能减排的促进作用更加突出，为全面建立清洁生产方式奠定坚实基础。故提出一种能够使搅拌罐输出浆液浓度保持到当前及期望搅拌罐输出浆液浓度，保持性地配制出期望浓度的浆液，从而达到减少工业浪费和减少工业污染的目的是非常有必要的。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，提出一种基于张动力学的搅拌罐排空及浆液输出浓度保持的方法，该方法能够使搅拌罐输出浆液浓度C_b(t)快速保持到当前及期望搅拌罐输出浆液浓度C_bd，同时还能使得搅拌罐液位下降的高度h(t)快速收敛到搅拌罐液位高度降为零的期望轨迹h_d(t)，达到排空搅拌罐的目的。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种基于张动力学的搅拌罐排空及输出浆液浓度保持的方法，包括如下步骤：

1)获取搅拌罐的参数，参数包括用于排空搅拌罐的两种液体的浓度C_b1和C_b2、当前及期望搅拌罐输出浆液浓度C_bd，C_bd＝C_b(0)，搅拌罐液位高度降为零的期望轨迹h_d(t)，其中C_b1≠C_b2；

需要排空搅拌罐的系统方程如式(1)、(2)：

其中k₁和k₂为影响系统动态过程的流出速率常数，h(t)为搅拌罐液位下降的高度，t为时间，w₁(t)、w₂(t)为用于排空搅拌罐的液体的流速，C_b(t)为输出浆液的浓度，C_b(0)为初始时刻输出浆液的浓度。

2)利用张动力学方法结合搅拌罐系统方程得到控制器组，如式(3)、(4)：

其中h_d(t)为搅拌罐液位高度降为零的期望轨迹，γ₁、γ₂为张动力学的参数，C_bd为当前及期望搅拌罐输出浆液浓度。

3)按照控制器组方程设置用于排空搅拌罐的两种液体的流速w₁(t)和w₂(t)，使得：1)搅拌罐输出浆液浓度C_b(t)快速保持到步骤1)中当前及期望搅拌罐输出浆液浓度C_bd；2)搅拌罐液位下降的高度h(t)快速收敛到步骤1)中搅拌罐液位高度降为零的期望轨迹h_d(t)，以达到排空搅拌罐的目的，同时能够保持性地配制出期望的溶剂以减少工业浪费。

进一步地，所述步骤2)的张动力学方法即z₁(t)＝h(t)-h_d(t)∈R、z₂(t)＝C_b(t)-C_bd∈R，且则有

将公式(1)、(2)分别代入公式(5)、(6)，则可得到

则

再根据克雷姆法则将上述二元线性方程组求解，则获取到w₁(t)和w₁(t)：