Abstract
一般化工製造程序可概括分為單變數系統與多變數系統兩大類。在單變數系統中，操作變數受到限制時，一般將控制器的輸出訊號先經過飽和非線性元件的限制之後再輸出就可以解決，但是在多變數系統中，任一操作變數會同時影響多個被控制變數。這是由於輸出入變數間存在某種程度的相互作用。對於這種多變數系統而言，如何採用適當的去耦合控制策略，在輸入變數受限制的情形下，重新調整輸入變數使程序變數盡量依所設計的方式達到設定點就成為一個相當重要的課題。在常見的化學工業之製造程序中，主要可分為兩個部分─分離程序及反應器，其中反應器佔有相當重要的地位。因此有關反應器的研究長久以來一直受到相當的重視。在一般反應程序中，反應物濃度與反應溫度是影響反應進行的兩個主要因素。提高反應物濃度或反應溫度會加快反應速率，但是對放熱反應而言，若冷卻系統無法完全吸收反應熱時，將導致反應溫度不斷升高而發生失控的現象，因此冷卻系統的設計容量是放熱系統的重要條件。由於反應物進料及冷卻水流量對反應濃度及反應溫度有相當大的相互作用，所以本文將針對常見的連續攪拌反應器(CSTR)為對象，將去耦合控制應用於代表程序的線性化系統上，並限制輸入變數的範圍，觀察該控制策略在 CSTR 的適用性。在化工程序的設計過程中，由於經濟因素的考慮或者機械、電氣等設備規格的人為限制，以及質傳、熱傳速率等自然的限制，都直接或間接地影響到控制系統的趨動能力。對於單變數控制系統而言，輸入變數的限制將延長輸出變數到達設定點的時間，通常這種限制所造成的後果是能夠被接受的。在常見的許多工業用的控制器中，通常都會限制控制器輸出入訊號的範圍，以符合標準訊號規格。在化工製造程序中，連續攪拌反應器是非常重要的生產設備，在一些合理的基本假設下，依據質量與能量平衡，可以得到反應器的系統方程式，在其穩態附近，將系統模式加以線性化，針對此線性化多變數控制系統進行去耦合限制控制。根據 1979 年 McAvoy 指出只有低靈敏度 (Low Sensitivity) 的程序才能達到完全去耦合(CompleteDecoupling)的狀態，所以本研究計劃在程序之前加入一Desensitizer 先降低原系統輸出入變數間的干擾現象，再進行去耦合器的設計，將多變數系統拆解為數個單變數系統的環路，再一一針對環路設計控制器，並在控制器上加入飽和非線性限制策略，使其符合實際的控制系統。