第6-8章解耦控制系统.ppt

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1、过程控制6-8解耦控制系统6-8解耦控制系统6-8-1被控过程的耦合现象及对控制过程的影响6-8-2解耦控制系统设计1.前馈补偿解耦设计2.对角矩阵解耦设计3.单位矩阵解耦设计6-8-3解耦控制的进一步讨论1.控制变量与被控参数的配对2.部分解耦3.解耦环节的简化6-8解耦控制系统前面讨论的都是一个控制变量控制一个被控参数的单变量控制系统。而有一些生产过程中，被控参数和控制变量往往不止一对，需要设置若干个控制回路，才能对生产过程中的多个被控参数进行准确、稳定地控制。为了消除或减小控制回路之间的影响，可在各调节器之间建立附加的外部联系，通过对这些联系进行整定，使每个控制变量仅对与其配对的一个被控

2、制参数发生影响，而对其它的被控参数不发生影响，或者影响很小，使各被控参数和控制变量的相互耦合消除或大为减小。把具有相互关联的多参数控制过程转化为几个彼此独立的单输入-单输出控制过程来处理，实现一个调节器只对其对应的被控过程独立地进行调节。这样的系统称为解耦控制系统（或自治控制系统）。6-8-1被控过程的耦合现象及对控制过程的影响精馏塔温度控制系统6-8-2解耦控制系统设计对于耦合系统，如采取单变量系统设计，尽管可通过仔细地调整调节器参数改善控制品质，但耦合严重的系统，还是需要进行解耦控制设计，否则系统不稳定。常用有效的系统设计方法有：前馈补偿法对角矩阵法单位矩阵法6-8-2解耦控制系统设计1.

3、前馈补偿解耦是最早用于多变量控制系统耦合的方法W22(s)W21(s)W12(s)W11(s)μ1y1y2μ2N21(s)N12(s)Wc2(s)Wc1(s)-++++++++++-根据不变性原理只要使：就可使系统解耦，等效系统为W11(s)y1μ'1W22(s)y2μ'2Wc1(s)Wc2(s)前馈补偿6-8-2解耦控制系统设计2.对角矩阵法W22(s)W21(s)W12(s)W11(s)μ1y1y2μ2N22(s)N21(s)N12(s)N11(s)μc1μc2WC2(s)WC1(s)补偿网络选择6-8-2解耦控制系统设计等效系统为W'11(s)y1μc1W'22(s)y2μc2Wc1(s

4、)Wc2(s)两个单变量系统这种解耦方法不仅可以解除耦合，还可改善单变量对象特性。但通过矩阵运算求得解耦环节的数学模型，只是求得的解耦环节会随着变量维数的增多越来越复杂，实现起来将更为困难。6-8-2解耦控制系统设计3.单位矩阵法W22(s)W21(s)W12(s)W11(s)μ1y1y2μ2W22(s)W21(s)W12(s)W11(s)μc1μc2WC2(s)WC1(s)补偿网络同对角矩阵法，只需选择满足6-8-2解耦控制系统设计等效系统为1y1μc11y2μc2Wc1(s)Wc2(s)两个单变量系统这种解耦方法不仅可以解除耦合，而且等效对象为1，具有很强的稳定性。但解耦网络更为复杂，往往

5、难以实现。在大多数情况下，解耦环节在物理上和工程实际中是无法精确实现的。6-8-3解耦控制的进一步讨论1.控制变量与被控参数的配对对匹配关系比较明显的多变量系统，凭经验就可确定控制变量与被控参数之间的配对关系；而对关联关系比较复杂的多变量控制过程，需要进行深入的分析才能确定控制变量与被控参数之间的配对关系。由Bristol提出的相对增益的概念，及用相对增益评价变量之间的耦合程度、确定被控参数与控制变量间的匹配关系和判断系统是否需要解耦的分析方法，通常称为Bristol-Shinskey法，是现在多变量耦合系统选择变量配对的常用方法。6-8-3解耦控制的进一步讨论相对增益：一个调节量μi对一个被

6、调量的yj的影响设系统的开环增益矩阵为P，记作：1.相对增益定义矩阵P的元素pij的静态值称为μj到通道yi的第一放大系数，即μj到通道yi的静态增益。表示为设所有其它回路闭合，保持其它被调量不变的情况下，各通道开环增益矩阵为Q。它的元素qij的静态值称为μj到通道yi的第二放大系数。表示为：6-8-3解耦控制的进一步讨论2.相对增益的计算：j–i通道第一次计算只有第j个操纵变量变化，其它各操纵变量均维持不变的增益（其他回路处于开环）：第二次计算其它各操纵变量都变化（所有回路闭环控制）的增益：于是，j–i通道的相对增益为：第一次计算第二次计算元素组成的矩阵Λ为相对增益矩阵6-8-3解耦控制的进

7、一步讨论横加纵加推广之，则有对于双变量系统W22(s)W21(s)W12(s)W11(s)μ1y1y2μ26-8-3解耦控制的进一步讨论6-8-3解耦控制的进一步讨论（1）λij=1，其它回路闭合与否对本通道没有影响，即，该通道的控制回路与其它系统没有关联；（2）λij>1，其它回路闭合对本通道有影响，即，该通道的控制回路与其它系统有关联，这种关联使得本回路增益变小，负关联。（λij越大关联越大）