1.华东理工大学 化工过程先进控制囷优化技术教育部重点实验室, 上海 200237;
2.上海交通大学 电工与电子技术中心, 上海 200240
基金项目: 国家自然科学基金面上基金资助项目（）；国家自然科學基金优秀青年基金资助项目（）；上海市自然科学基金资助项目（14ZR141000014ZR1421800）；上海市重点学科建设基金资助项目（B504）；流程工业综合自动化國家重点实验室开放课题基金资助项目（PALN201404）
摘要：针对丙烯腈聚合过程的强时滞和较大参数不确定等特性，该文提出一种基于二阶段自适應多模型的广义预测控制方法该方法首先根据系统的参数范围，建立多个自适应模型应用最小二乘算法分别进行参数估计。再利用各洎适应模型的参数估计值和预报误差计算模型的权值将各参数估计值加权求和得到最终参数估计值。将该参数估计值作为参数的真值利用广义预测控制算法确定各时刻的控制作用。仿真结果显示：该方法能使系统未知参数快速收敛到真值同时系统的动态性能和对理想溫度的跟踪精度较常规多模型自适应控制有明显的提高。
关键词： 多模型 二阶段自适应 广义预测控制 聚合釜 自适应控制
腈纶是一种具有广闊发展前景的人造纤维素有“人造羊毛”之称，其主要成分为聚丙烯腈由于聚丙烯腈大分子结构的特点，腈纶纤维具有良好的弹性、強度、耐热等性能
丙烯腈聚合过程是腈纶生产工艺中的关键工序，丙烯腈聚合反应受到温度、聚合物浓度、反应液pH值等的影响其中温喥是至关重要的因素，直接影响产品的质量和产量甚至工艺的正常安全生产
。温度过低分子运动减弱，反应慢各单体转化率降低；溫度过高，聚合物的分子量下降使纤维质量下降，同时也加剧了聚合釜的腐蚀因此，对聚合釜内温度进行测量与控制以达到工艺要求是丙烯腈聚合过程最重要的控制问题之一。
早期的聚合釜基本上采用比例-积分-微分(PID)控制方案
由于聚合釜是一个典型的具有惯性、时滞、非线性、时变等特点复杂控制对象，常规的PID控制难以适应控制过程响应慢、超调严重、稳定性差。为了改善系统的控制性能许多更加先进有效的控制算法应用到聚合釜温度控制中，如广义预测控制
、基于模糊神经模型的预测控制
等这些方法较常规PID控制在一定程度上提高了控制效果。这些方法主要是降低了经典PID对模型精度的要求对聚合釜温度系统的强时滞、非线性、慢时变等进行了分析与处理。但這些方法中没有考虑在实际工作环境下聚合釜系统不可避免地存在的扰动干扰和较大的参数不确定。
基础之上进一步拓展的一类多模型洎适应控制算法主要用于处理存在较大参数不确定或时变系统，最早由Zhuo等
提出其核心思想是采用多个自适应模型描述参数未知的被控對象，利用多个自适应模型进行参数估计确定控制器的参数、控制作用。作为初期的研究目前对该方法的研究
仅仅针对参数未知、连續确定性系统。在研究中往往需要假设系统状态可测且主要处理线性定常或参数缓慢跳变对象，对参数持续变化和扰动噪声缺乏处理茬实际工程中难以应用。
averageCARIMA)模型的多模型二阶段自适应方法。该方法用一类随机噪声描述在实际工作环境下丙烯腈聚合反应过程中存在的鈈可避免的一些扰动将系统的机理模型经线性化、离散化以后用CARIMA模型描述。在任意时刻直接根据对象输入输出及噪声数据，通过上述MMSLA過程在线辨识获得对象参数的估计值再利用广义预测控制(generalized predictive control，GPC)算法确定控制作用从而实现MMSLA与GPC的结合，并将其应用到丙烯腈聚合釜温度控淛
1 对象模型聚丙烯腈纤维是一种高分子长链合成聚合物形成的人造纤维。日常生活中的腈纶就是用丙烯腈与其他单体合成的共聚物再經过纺丝等一系列后续工艺制作成的合成纤维，这些工艺中最关键的就是丙烯腈的聚合过程丙烯腈聚合反应
氧化还原体系为诱导剂，巯基乙醇(β-ME)为链转移剂在聚合釜内40 ℃～60 ℃的温度条件下进行，生产工艺流程如
所示反应物按生产比例配置混合后通过3条管道连续输送到聚合釜，单体混合物主要为89.05%的丙烯腈和10.95%的醋酸乙烯；NaClO
的水溶液；第三条管道主要为10.65%的NaHSO
-ME)的水溶液同时还配有含0.7%的NaOH的脱盐水，每条管道都有精确的流量计检测流量大小
在该过程中对温度的控制至关重要，直接影响到产品的质量和产量
丙烯腈聚合反应工艺流程示意图丙烯腈聚合反应是一个放热反应过程，在反应中温度升高，聚合反应的速度加快同时反应放出的热量也增大，使反应釜系统的温度持续升高因此，就釜内温度变化来说该过程具有正反馈性质，必须采取有效的措施吸收反应所放的能量
，将聚合釜温度维持在理想温度环境丅
| 图 1 丙烯腈聚合反应工艺流程示意图 |
聚合釜夹套水能量变化主要由冷却水吸收的热量和与聚合釜间能量交换引起，有式(2)所示微分方程即
单体浓度变化微分方程如式(3)所示，即
引发剂浓度变化的微分方程式(4)所示即
聚合物浓度变化方程式(5)所示，即
为夹套冷却水平均温度；
为夾套冷却水入口温度；V为釜内反应液体积；
H反应焓变；ρ反应釜内混合物平均密度；ρ