连续搅拌反应釜是化工行业中广泛使用的一种复杂非线性化学反应器。工业生产中绝大多数化学反应都伴随着热效应,如果反应器中的热量不能及时排放,可能会导致危险事件的发生,并且过高或过低的温度都会严重影响反应速率。因此,为确保放热化学反应的安全性、反应过程在适宜的温度条件下进行,研究连续搅拌反应器-换热器网络的建模和控制问题具有重要意义。本文在连续搅拌反应器-换热器网络奇异摄动建模和鲁棒性输出跟踪控制方法方面进行了较深入的研究,得到了一些有意义的结果。首先,针对连续搅拌反应器-换热器网络存在的复杂性和多时间尺度性做了详细分析后,引入奇异摄动量将模型分解到快、慢时间尺度上,实现了模型降阶。简化后的模型更有利于过程网络的分析、控制与优化。然后,针对反应器-换热器网络中多个控制变量与被控变量有交互影响的现象,引入相对增益矩阵(RGA)法对控制系统进行了定量分析,确定出控制变量与被控变量的最佳搭配,从而为快、慢时间尺度上的控制器的设计提供指导信息。最后,根据微分几何理论的反馈线性化方法,研究了反应器-换热器网络的鲁棒输出跟踪控制器设计问题。本文针对网络模型及其降阶后得到的快、慢时间尺度模型,设计并仿真分析了反馈线性化输出跟踪控制器、PI控制器、增量非线性预测控制器的跟踪控制性能和鲁棒性能。仿真结果表明,反应器-换热器网络通过引入奇异摄动量对模型降阶的方法不仅简化了原有模型的复杂性,而且针对不同时间尺度上被控量的特点分别设计控制器的方法,更适于控制优化的研究。本文在快时间尺度上设计的PI控制器和慢时间尺度上设计的增量型非线性预测控制器,对标称系统和模型参数存在摄动的情况下,都可以准确、快速地跟踪期望轨线,并且跟踪误差能快速地趋于零,系统具有很好的跟踪性能和鲁棒性能。