基于張動力學(xué)的攪拌罐排空及漿液輸出濃度保持的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[000U 本發(fā)明設(shè)及控制領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于張動力學(xué)狂hang dynamics, ZD)的攬拌 罐排空及漿液輸出濃度保持的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 攬拌罐的排空已成為現(xiàn)代工業(yè)中一個重大問題，而現(xiàn)行的方法較多關(guān)注于如何排 空罐內(nèi)的沉積物，而且僅僅將其作為液體廢料排出，造成極大的浪費和工業(yè)污染。"十二五" 規(guī)劃明確指出我國工業(yè)的總體目標是全國工業(yè)領(lǐng)域清潔生產(chǎn)推進機制進一步健全，技術(shù)支 撐能力顯著提高，清潔生產(chǎn)服務(wù)體系更加完善，重點行業(yè)、省級W上工業(yè)園區(qū)企業(yè)清潔生產(chǎn) 水平大幅提升，清潔生產(chǎn)對科學(xué)利用資源、節(jié)能減排的促進作用更加突出，為全面建立清潔 生產(chǎn)方式奠定堅實基礎(chǔ)。故提出一種能夠使攬拌罐輸出漿液濃度保持到當(dāng)前及期望攬拌罐 輸出漿液濃度，保持性地配制出期望濃度的漿液，從而達到減少工業(yè)浪費和減少工業(yè)污染 的目的是非常有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于張動力學(xué)的攬拌罐排空及漿 液輸出濃度保持的方法，該方法能夠使攬拌罐輸出漿液濃度Cb(t)快速保持到當(dāng)前及期望 攬拌罐輸出漿液濃度Cbd，同時還能使得攬拌罐液位下降的高度h(t)快速收斂到攬拌罐液 位高度降為零的期望軌跡hd(t)，達到排空攬拌罐的目的。
[0004] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為；
[0005] 一種基于張動力學(xué)的攬拌罐排空及輸出漿液濃度保持的方法，包括如下步驟：
[0006] 1)獲取攬拌罐的參數(shù)，參數(shù)包括用于排空攬拌罐的兩種液體的濃度Cbi和Cb2、當(dāng)前 及期望攬拌罐輸出漿液濃度Cbd，Cbd= Cb(〇)，攬拌罐液位高度降為零的期望軌跡hd(t)，其 中 Cbl聲 C b2;
[0007] 需要排空攬拌罐的系統(tǒng)方程如式（1)、（2):
[0010] 其中ki和k 2為影響系統(tǒng)動態(tài)過程的流出速率常數(shù)，h(t)為攬拌罐液位下降的高 度，t為時間，Wi(t)、W2(t)為用于排空攬拌罐的液體的流速，Cb(t)為輸出漿液的濃度，Cb(0) 為初始時刻輸出漿液的濃度。
[ocm] 2)利用張動力學(xué)方法結(jié)合攬拌罐系統(tǒng)方程得到控制器組，如式（3)、（4);
[0014]其中hd(t)為攬拌罐液位高度降為零的期望軌跡，片(/) =d旬（O/d/，丫 1、丫2為張 動力學(xué)的參數(shù)，Cbd為當(dāng)前及期望攬拌罐輸出漿液濃度。
[001引扣按照控制器組方程設(shè)置用于排空攬拌罐的兩種液體的流速Wi(t)和W2(t)，使 得；1)攬拌罐輸出漿液濃度C；(t)快速保持到步驟1)中當(dāng)前及期望攬拌罐輸出漿液濃度 Cbd;2)攬拌罐液位下降的高度h(t)快速收斂到步驟1)中攬拌罐液位高度降為零的期望 軌跡hd(t)，W達到排空攬拌罐的目的，同時能夠保持性地配制出期望的溶劑W減少工業(yè)浪 費。
[0016] 進一步地，所述步驟2)的張動力學(xué)方法即Zi(t)=h(t)-hd(t)GR、Z2(t)= Cb(t)-CbdGR，且與的=-r'l(0、與(0 = -/2Z2(0，則有
[0017] /?(〇-/?,i(/) = -7|(々(V)-/?,':(叫） 5)
[001引 Q (0 = (Q (/) - ('b'i) (6)
[0019]將公式（1)、似分別代入公式巧）、化），則可得到
[0026]利用Zi(t)=h(t)-hd(t) GR且之|(''）= -;V-1(0來排空攬拌罐，其排空方程為Zi(t) =Zi(0) exp(- 丫 it)，根據(jù)排空方程，在4/丫1的時間內(nèi)，攬拌罐液位高度差Z1(t)能減小至 初值的1.83%。利用Z2(t) =Cb(t)-CbdGR且與的=-r而（0來保持攬拌罐輸出漿液濃 度，其保持方程為 Z2(t) =Z2(0)exp(-丫 2t);
[0027] 進一步地，根據(jù)步驟1)所述Cbd=Cb(〇)能夠得到；Z2(0)等于零，則有Z2(t)恒等 于零；而且，即使存在擾動導(dǎo)致Z2(0)不等于零，Z2(t)也能夠指數(shù)收斂到零，所W本發(fā)明能 保證攬拌罐有效地保持輸出漿液濃度。
[002引與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為；現(xiàn)有攬拌罐的排空方法較多關(guān)注于如何 排空罐內(nèi)的廢液或需要完整的學(xué)習(xí)樣本，而本發(fā)明在不需要完整的學(xué)習(xí)樣本條件下能夠同 時使攬拌罐輸出漿液濃度Cb(t)快速保持到當(dāng)前及期望攬拌罐輸出漿液濃度Cbd和攬拌罐 液位下降的高度h(t)快速收斂到攬拌罐液位高度降為零的期望軌跡hd(t)，W達到排空攬 拌罐的目的，同時能夠配制出期望濃度的漿液W減少工業(yè)浪費。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0030] 圖2為示例性的用于排空攬拌罐的兩種液體的流速Wi(t)和W2(t)變化圖。
[0031] 圖3為示例性的攬拌罐液位隨時間下降圖。
[0032]圖4為示例性的攬拌罐輸出漿液濃度變化圖。
[0033] 圖5及圖6為示例性的誤差分析圖。
[0034]圖7為需排空的攬拌罐的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的描述，但本發(fā)明的實施方式并不限于此。
[0036] 一種基于張動力學(xué)的排空攬拌罐且保持輸出漿液濃度的控制方法包括如下步 驟：
[0037] 1)獲取攬拌罐的參數(shù)包括用于排空攬拌罐的兩種液體的濃度Cbi和Cb2,當(dāng)前及 期望攬拌罐輸出漿液濃度Cbd，Cbd= C b(0)，攬拌罐液位高度降為零的期望軌跡hd(t)，其中 Cbi聲Cb2，ki、k2為影響系統(tǒng)動態(tài)過程的流出速率常數(shù)。考慮欲排空攬拌罐的系統(tǒng)方程如下：
[0040] 。利用 ZD 方法即 Zi(t) = h(t)-hd(t) G R、Z2(t) = Cb(t)-CbdG R，且 與的=-rA 0)、之2 (0 = -fA (0，則
[0041] h(t) -hj(t)二一'/i(h(t) -h,、(t))W
[0042] Q(') = -r2 ([;(')-Cbd) (6)
[0043]扣將步驟1)中的公式（1)和似分別代入步驟。中的公式妨和（6)可得
[0044] 。'IW+。'2的=+W- 'y, W)，
[0050] 步驟別利用ZD方法即Zi(t) =h(t)-hd(t) G R且與（〇 = -7A(〇來排空攬拌罐， 其排空方程實為Zi (t) = Zi (0) exp (-丫 it)，根據(jù)排空方程，在4/丫 1的時間內(nèi)，攬拌罐液位 高度差Zi(t)能減小至初值的1. 83%。
[0051] 步驟。利用ZD方法即Z2(t) =Cb(t)-CbdE R且i2(〇 = -;y;(〇來保持攬拌罐輸 出漿液濃度，其保持方程實為Z2(t) =Z2(0)exp(-丫 2t);
[005引根據(jù)步驟1)所述Cbd=Cb(0)可朗t出；Z2(0)等于零，則有Z2(t)恒等于零；而且， 即使存在擾動導(dǎo)致Z2(0)不等于零，Z2(t)也可指數(shù)收斂到零，所W本發(fā)明能保證攬拌罐有 效地保持輸出漿液濃度。
[0053] 圖2為示例性的用于排空攬拌罐的兩種液體的流速Wi(t)和W2(t)。從圖2可W 看出；Wi(t)和w,(t)能夠有效地控制，同時能夠快速進入較為平緩的下降的狀態(tài)，其更方便 于工業(yè)實現(xiàn)。
[0054] 圖3為示例性的攬拌罐液位隨時間下降圖。從圖3中可W看出；攬拌罐液位下降 的高度h(t)能夠快速收斂到攬拌罐液位高度降為零的期望軌跡hd(t)，其完成排空攬拌罐 的目的。
[0化5] 圖4為示例性的攬拌罐輸出漿液濃度變化圖。從圖4中可W看出；攬拌罐輸出漿液 濃度能夠快速保持到當(dāng)前及期望攬拌罐輸出漿液濃度Cbd，從而減少工業(yè)浪費和工業(yè)污染。
[0056] 圖5及圖6為示例性的誤差分析圖。其中6h(t)和I 6h(t) I分別代表攬拌罐液位 下降的高度h(t)與攬拌罐液位高度降為零的期望軌跡hd(t)之間的誤差和誤差的絕對值， ec(t)和|ec(t) I代表攬拌罐輸出漿液濃度Cb(t)與當(dāng)前及期望攬拌罐輸出漿液濃度Cbd之 間的誤差和誤差的絕對值。從圖6中能夠看出；兩種誤差能夠快速地收斂到零（其中誤差 的絕對值基本上在1(T 3數(shù)量級及W下）。
[0057] 圖7為需排空的攬拌罐的結(jié)構(gòu)圖。h(t)為攬拌罐液位下降的高度，t為時間，Wi(t) 為用于排空攬拌罐的液體的流速，W2 (t)為用于排空攬拌罐的液體的流速，W。為輸出漿液的 流速，Cb(t)為輸出漿液的濃度。
[005引 W上所述的本發(fā)明的實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在本發(fā) 明的精神原則之內(nèi)所作出的修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護 范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種基于張動力學(xué)的攪拌罐排空及輸出漿液濃度保持的方法，其特征在于，包括如 下步驟： 1) 獲取攪拌罐的參數(shù)，參數(shù)包括用于排空攪拌罐的兩種液體的濃度cbl和cb2，當(dāng)前及 期望攪拌罐輸出漿液濃度cbd，Cbd=Cb(0)，攪拌罐液位高度降為零的期望軌跡hd(t)，其中 Cbi ^ c b2； 需要排空攪拌罐的系統(tǒng)方程如式（1)、（2):其中匕和k2為影響系統(tǒng)動態(tài)過程的流出速率常數(shù)，h(t)為攪拌罐液位下降的高度，t為時間^"^^以^為用于排空攪拌罐的兩種液體的流速乂"^為輸出漿液的濃度，^^) 為初始時刻輸出漿液的濃度； 2) 利用張動力學(xué)方法結(jié)合攪拌罐系統(tǒng)方程得到控制器組，如式（3)、（4):其中hd(t)為攪拌罐液位高度降為零的期望軌跡，弋（〇 =叭(〇/d/，y廣y2為張動力 學(xué)的參數(shù)，Cbd為當(dāng)前及期望攪拌罐輸出漿液濃度； 3) 按照控制器組（3)、⑷設(shè)置用于排空攪拌罐的兩種液體的流速Wl(t)和《2(〇,使 得：攪拌罐輸出漿液濃度Cb(t)快速保持到步驟1)中當(dāng)前及期望攪拌罐輸出漿液濃度Cbd; 同時攪拌罐液位下降的高度h(t)快速收斂到步驟1)中攪拌罐液位高度降為零的期望軌跡 hd(t)，以達到排空攪拌罐的目的，同時能夠保持性地配制出期望的溶劑以減少工業(yè)浪費。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于張動力學(xué)的攪拌罐排空及輸出漿液濃度保持的方法，其 特征在于，所述步驟2)的張動力學(xué)方法即zjt) =h(t)_hd(t)GR、z2(t) =Cb(t)_CbdGR， 且乏i⑴=-，izi(〇 >z1{t) = -y2z2{t)，利用zjt) =h(t)_hd(t)eR且七⑴二―7A⑴ 來排空攪拌罐，其排空方程為21(〇=21(0)61?(-7 1〇，根據(jù)排空方程，在4/丫1的時 間內(nèi)，攪拌罐液位高度差21(〇能減小至初值的1.83%，利用22(〇=(；(〇-(； (1￡1?且 A(〇 = -/2Z2 來保持攪拌罐輸出漿液濃度，其保持方程為Z2 (t) =z2 (0)exp(-y2t)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于張動力學(xué)的攪拌罐排空及輸出漿液濃度保持的方法，其 特征在于，根據(jù)步驟1)所述Cbd=Cb(0)能夠得到：z2(0)等于零，則有z2(t)恒等于零；而 且，即使存在擾動導(dǎo)致z2(〇)不等于零，z2(t)也能夠指數(shù)收斂到零。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于張動力學(xué)的攪拌罐排空及輸出漿液濃度保持的方法，包括如下：步驟1、獲知攪拌罐的參數(shù)包括用于排空攪拌罐的兩種液體的濃度Cb1和Cb2，當(dāng)前及期望攪拌罐輸出漿液濃度Cbd，Cbd＝Cb(0)，同時設(shè)置一種攪拌罐液位高度降為零的期望軌跡hd(t)，其中Cb1≠Cb2；步驟2、利用張動力學(xué)方法結(jié)合攪拌罐系統(tǒng)方程得到控制器組；步驟3、按照控制器組方程設(shè)置用于排空攪拌罐的兩種液體的流速w1(t)和w2(t)，使得：1)攪拌罐輸出漿液濃度Cb(t)快速保持到當(dāng)前及期望攪拌罐輸出漿液濃度Cbd；2)攪拌罐液位下降的高度h(t)快速收斂到攪拌罐液位高度降為零的期望軌跡hd(t)，以達到排空攪拌罐的目的，同時能夠保持性地配制出期望的溶劑以減少工業(yè)浪費。
【IPC分類】G05D11/00
【公開號】CN104950932
【申請?zhí)枴緾N201510316006
【發(fā)明人】張雨濃, 李樂, 丁亞瓊, 李曉東, 譚洪舟
【申請人】廣東順德中山大學(xué)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)國際聯(lián)合研究院, 中山大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請日】2015年6月10日