解耦控制系统设计与仿真ppt课件.ppt

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1、解耦控制系统设计姓名：学号：专业：相对增益解耦系统中变量匹配解耦控制设计方法解耦控制的Simulink仿真解耦控制系统关联（耦合）控制系统PCFCQ21p1p2压力、流量控制系统调节阀1和2对系统压力的影响程度同样强烈，对流量的影响程度也相同。因此，当压力偏低而开大调节阀1时，流量也将增加；如果通过流量调节器作用而关小调节阀2，结果又使管路的压力上升。阀1和2相互间就是这样相互影响的。PTFT精馏塔温度控制方案系统图控制系统方框图耦合：控制变量与被控变量之间是相互影响的，一个控制变量的改变同时引起几个被控变量变换的现象。解耦：消除系统之间的相互耦合，使各系统称为独立的互不相关的控制回路

2、。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）。存在耦合的多变量过程控制系统的分析与设计中需要解决的主要问题：1.如何判断多变量过程的耦合程度？2.如何最大限度地减少耦合程度？3.在什么情况下必须进行解耦设计，如何设计？令某一通道μj→yi在其它系统均为开环时的放大系数与该一通道在其它系统均为闭环时的放大系数之比为λij，称为相对增益;相对增益λij是μj相对于过程中其他调节量对该被控量yi而言的增益（μj→yi）；λij定义为pij第一放大系数（开环增益）

3、qij第二放大系数（闭环增益）1相对增益的定义一、相对增益第一放大系数pij（开环增益）指耦合系统中，除μj到yi通道外，其它通道全部断开时所得到的μj到yi通道的静态增益;即，调节量μj改变了μj所得到的yi的变化量yi与μj之比，其它调节量μr（r≠j）均不变。pij可表示为：μj→yi的增益（仅μj→yi通道投运，其他通道不投运）K22K21K12K11μ1y1y2μ2对于双输入-双输出系统第二放大系数qij（闭环增益）指除所观察的μj到yi通道之外，其它通道均闭合且保持yr（r≠i）不变时，μj到yi通道之间的静态增益。即，只改变被控量yi所得到的变化量yi与μj的变化

4、量μj之比。qij可表示为：μj→yi的增益（不仅μj→yi通道投运，其他通道也投运）相对增益ij定义为：K22K21K12K11μ1y1y2μ2对于双输入-双输出系统2相对增益的求取方法式中，Kij表示第j个输入变量作用于第i个输出变量的放大系数。要求，首先求其分子项，除外，其他不变，则有再求的分母项，除外，其他不变，则有由上面两式可得：所以在求得的分子项和分母项后，可得：同样可以推导出：3相对增益矩阵特性Λ中每行或每列的相对增益的总和都是1相对增益反映的系统耦合特性：（1）0.8<λij<1.2，表明其它通道对该通道的耦合弱，不需解耦；（2）λij≈0，表明本通道通道调节作用弱

5、，不适宜最为调节通道；（3）0.3<λij<0.7或>1.5，表明其它通道对该通道的耦合强，需解耦。二、耦合系统中的变量匹配和调节器参数整定耦合的多变量系统调节量和被调量之间的配对是进行良好控制的必要条件。k22g22(s)k21g21(s)k12g12(s)k11g11(s)μ1y1y2μ2k22g22(s)k21g21(s)k12g12(s)k11g11(s)μ1y1y2μ2正相关和负相关相对增益为正值时，称为正相关相对增益为负值时，称为负相关FC1FC2Q1Q2选择控制回路的原则相对增益矩阵是选择使控制回路间关联程度最弱的输入变量和输出变量配对的有效方法。一个被控量应选择最大且接

6、近1的正相对增益的控制量与之配对；不能用相对增益为负数的被控量和控制量构成控制回路；相对增益为方阵意味着控制量和被控量数目相同；如果被控量和控制量数目不同，如两个被控量和三个控制量，则有三对可能的控制量组合，就可以得到三种不同的相对增益矩阵，选择控制回路使都应考察；相对增益矩阵从稳态上衡量变量之间的关联程度，所以据此选择控制回路不能保证动态关联最小。1.调节参数的整定（1）λij≈1，耦合很弱，系统设计无需考虑解耦。k22g22(s)k21g21(s)k12g12(s)k11g11(s)μ1y1y2μ2k11g11(s)y1μ1k22g22(s)y1μ2系统按单变量系统设计，调节器参数

7、按单变量整定方法整定。Gc1(s)Gc2(s)如：双变量对象λ11≈1（2）λij≈0，表明该通道调节量对被调量的影响很微弱，变量配对不合适。k22g22(s)k21g21(s)k12g12(s)k11g11(s)μ1y1y2μ2k21g21(s)y2μ1k12g12(s)y1μ2Gc1(s)Gc2(s)如：双变量对象λ11≈0调整变量配对后，（对于双变量）系统可按单变量系统设计，调节器参数按单变量整定方法整定。（3）λij<1说明其它回路的闭