[发明专利]基于复合观测器的CSTR系统固定时间容错控制方法

权利要求书

1.基于复合观测器的CSTR系统固定时间容错控制方法，该复合观测器包括状态观测器和扰动观测器，分别用于估计系统中不可测量的状态和外部干扰，其特征在于，

该容错控制方法包括以下步骤：

步骤1、根据CSTR系统的浓度、温度数学模型，建立带有扰动的CSTR系统模型；

步骤2、将步骤1建立的CSTR系统模型表示为状态空间模型，并构造相应的状态观测器和扰动观测器来估计系统中不可测量的状态和干扰，并参照观测误差系统进行李雅普诺夫稳定性分析；

步骤3、根据步骤2建立的状态空间模型，针对各个子系统设计相应的虚拟控制信号和自适应律；

步骤4、在步骤3的基础上，设计容错控制器，使得CSTR系统满足实际固定时间稳定条件，即完成了CSTR系统的浓度、温度控制。

2.根据权利要求1所述的基于复合观测器的CSTR系统固定时间容错控制方法，其特征在于，步骤1具体包括：

步骤1.1，首先根据CSTR系统结构图，建立CSTR系统的浓度、温度数学模型：

假设反应物A以流量G₀、温度T₀、浓度H_E0从上部入口加入到反应器Ⅰ中，反应器Ⅰ通过管道与反应器Ⅱ连接，残留的反应物A从反应器Ⅱ的下部出口处以流速G₂、温度T₂、浓度H_E2提取；冷却水以流量G_h1和温度T_h10加入反应器Ⅰ周围的冷却套中，以流量G_h2和温度T_h20加入反应器Ⅱ周围的冷却套中，然后，冷却水从反应器Ⅰ和反应器Ⅱ周围的冷却夹套的上部出口分别流出，流量为G_h1和G_h2，温度为T_h1和T_h2；

定义两个反应器的体积为V＝V₁＝V₂，两个冷却夹套的体积为V＝V_h1＝V_h2，反应物A的流量G＝G₀＝G₂，G₁＝G+G_T，在质量和能量平衡的基础上，该CSTR系统的动态模型表示如下：

其中表示反应速率常数，I表示发热速率，C表示活化能，B表示通用气体常数；δ和Y_δ分别代表反应器内液体的密度和热容量；δ_h和Y_h分别代表夹套内冷却水的密度和热容量；K代表罐式反应器和夹套之间的传热系数，E代表相应的传热面积；

为了便于研究，定义x_1，2＝j₂，x_3，1＝T₁-T₁^c，其中T₁^c，和是稳态值，因此，该CSTR系统的动态模型可以描述为：

其中L_1，1＝L_1，2＝1，

步骤1.2，建立带有扰动d_m，i＝0.1sin(t)(1≤m≤3，1≤i≤2)的CSTR系统的浓度、温度控制非线性系统，数学模型可表示为如下形式：