基于双变量系统的解耦方法的研究

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1、于双变量系统的解耦方法的研究【摘要】本文的目的是研究了基于多变量系统的传统解耦控制算法，详细阐述了基于双变量系统的多种解耦方法，对线性控制理论关于解耦算法的教学和研究有重要的意义。【关键词】多变量系统；解耦控制器；线性控制ResearchTITOSystemofDecouplingControlModelYANGLin-luJIANGXiao-pingPENGChao-yang(SchoolofMechanicalElectronic&InformationEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology〈Beiji

2、ng〉，Beijing100083China)[Abstract]Thepurposeofthisarticleistostudythetraditionaldecouplingcontrolalgorithmbasedonmultivariablesystem,expoundsthevariousdecouplingmethodbasedondualvariablessystem,decouplingalgorithmoflinearcontroltheoryofteachingandresearchhasimportantsignificance.[Key

3、words]Multivariablesystem；Decouplingcontroller；Linearcontrol0引言随着科学研究的发展与技术的进步，被控制系统越来越复杂，需要控制的变量通常不止一对，而且相互关联，将多变量系统解耦为单变量系统再进行控制无疑是能够利用已有成果的最好选择，多变量系统的解耦控制可分为三大类：常规解耦方法；自适应解耦方法；智能解耦方法，本文主要研究内容为传统解耦方法中的前馈补偿解耦法，对角阵解耦法，单位矩阵解耦法。1多变量系统耦合对象耦合是生产过程控制系统普遍存在的一种现象，生产过程是一种有序过程，环环相扣，变量间关系错综复杂

4、，一个过程变量的波动往往会影响多个变量的变化，图1是双变量耦合对象方框图，U1的改变也同时对Yl、Y2发生影响。称被控制变量与操作变量在调整过程互相影响的对象为耦合对象，而解除这种耦合关系的过程称之为解耦。所谓解耦控制系统，就是采用某种结构，寻找合适的控制规律来消除系统种各控制回路之间的相互耦合关系，使每一个输入只控制相应的一个输出，每一个输出又只受到一个控制的作用。1双变量耦合对象方框2传统解耦方法2.1前馈补偿解耦法从耦合控制系统多回路耦合的角度分析，解耦控制系统的目的就是在MIMO系统中，消除M输入M输出回路之前的相互扰动作用，即可达到解耦的目的。前馈补

5、偿解耦是多变量解耦控制中最早使用的一种解耦方法。该方法结构简单，易于实现，效果显著，因此得到了广泛地应用，如图2所示是一个带前馈补偿器的双变量全解耦系统。前馈补偿解耦的基本思想是将U1对Y2的影响，U2对Y1的影响视为扰动，并按前馈补偿的方法消除扰动影响，以双变量以双变量解耦系统为例，如果希望实现对U2与Y1、U1与Y2之间解耦，根据前馈控制的扰动补偿原理(不变形原理)可以得到：干扰U1(S)对被控参数Y2(S)的影响为：Y2(S)=U1(S)G21(S)+U1(S)Gp21(S)G22(S)=U1(S)(G21(S)+Gp21(S)G22(S))若要求U1(

6、S)对被控对象Y2(S)无影响则：G21(S)+Gp21(S)G22(S)=0根据原理可得到前馈补偿解耦器的传递函数为：Gpl2(s)=-G12(s)/Gil(s)Gp21(s)=_G21(s)/G22(s)2带前馈补偿器的双变量解耦系统2.2对角矩阵解耦法另一种分析解耦的角度是通过系统整体的传递函数阵考虑，解耦控制系统的目的就是讲m输入m输出回路，变为n个单输入单输出回路，也就是说令系统的闭环传递函数矩阵变换为对角型。如果可以在受控系统的原传递函数矩阵Go(S)前串联一个原系统的逆系统G-l(s)“抵消”原系统，并建立期望的系统传递函数对角阵GL解耦控制如图

7、3所示。耦方法相同。3结论本文以双变量系统的解耦方法为例，通过利用双变量耦合系统的传递函数，详细介绍了不同解耦方法的应用与研究，比如前馈解耦与对角矩阵解耦，对解耦算法的在教学和研究中的应用有重要的意义。【参考文献】［1］胡寿松.自动控制原理［M］.北京：国防工业出版社，1987：99-103.［2］郑大钟.线性系统理论［M］.2版.北京：清华大学出版社，2002：206-208.［3］孙静，孙建平，梁兆阳.双输入双输出时滞系统的解耦控制方法［J］.仪器仪表用户，2008，15(4)：108-109.［4］闵娟，黄之初.多变量解耦控制方法［J］.控制工程，200

8、5，12(7)：125-127.［责任