典型机电耦合数控系统的解耦控制研究
基于机电一体化耦合动力学模型的伺服控制系统研究的开题报告
基于机电一体化耦合动力学模型的伺服控制系统研究的开题报告一、研究背景与意义机电一体化耦合动力学模型是描述机电系统动力学特性的基本理论模型，对于提高机电系统运动精度、控制效率和能耗效益有着重要作用。
伺服控制系统作为机电一体化系统的核心部分，在机器人、机床、风力发电等领域有广泛应用，其稳定性、响应速度和准确度直接影响机电系统的性能。
因此，研究机电一体化耦合动力学模型下的伺服控制系统，对于推动机电系统智能化和高效化发展具有重要意义。
二、研究内容与方法本研究将基于机电一体化耦合动力学模型，探究伺服控制系统的建模、控制算法及其优化方法。
具体研究内容如下：1. 机电一体化系统的耦合动力学建模方法，包括系统结构分析、动力学方程推导和状态空间描述。
2. 伺服控制系统的设计原则和控制算法，包括经典PID控制算法、先进控制算法和自适应控制算法等，以提高系统稳定性和响应速度。
3. 伺服控制系统的参数调节优化方法，包括参数调度、参数辨识、自适应控制以及优化算法等，以提高系统的控制性能。
为了完成以上研究内容，将采用理论分析和数值模拟相结合的方法，建立机电一体化耦合动力学模型并验证其准确性，针对不同控制算法进行仿真实验以验证控制策略的有效性，并研究控制参数对系统性能的影响。
三、研究预期成果与意义经过本研究的探索，预期取得以下成果：1. 基于机电一体化耦合动力学模型的伺服控制系统建模方法和控制算法。
2. 伺服控制系统参数调节优化的理论方法及仿真实验验证结果。
3. 在机电一体化耦合动力学模型下，探究伺服控制系统的相互作用影响，提高系统运动精度和响应速度。
本研究有助于推动机电一体化系统的应用和智能化发展，提高机电系统的运动精度和控制效率，为工业生产和社会经济发展做出贡献。
解耦控制系统
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9.1.2 被控对象的典型耦合结构
对于具有相同数目的输入量和输出量的被控对象，典型的 耦合结构可分为P规范耦合和V规范耦合。
图9-3为P规范耦合对象。
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它有n个输入和n个输出，并且每一个输出变量
Yi(i=1,2,3,…,n）都受到所有输入变量Ui(i=1,2,3,…,n）的影响。 如果用pij(s)表示第j个输入量Uj与第 i个输出量Yi之间的传递函数， 则P规范耦合对象的数学描述式如下：
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对于一个耦合系统，因为每一个控制变量不只影响一 个被控变量，所以只计算在所有其他控制变量都固定 不变的情况下的开环增益是不够的。因此，特定的被 控变量Yi对选定的控制变量的响应还取决于其他控制 变量处于何种状况。
对于一个多变量系统，假设 Y是包含系统所有被
控变量Yi的列向量；U是包含所有控制变量Uj的列向量。 为了衡量系统的关联性质首先在所有其它回路均为开
从而求得耦合系统的相对增益ij。
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(2) 直接计算法 现以图9-7所示双变量耦合系统为例说明如何由第一放
大系数直接求第二放大系数。引入P矩阵，式（9-10）可写 成矩阵形式，即
Y Y 1 2 p p1 21 1p p1 2 2 2 U U 1 2 K K 1 21 1K K 1 2 2 2 U U 1 2 （9-14）
（9-13）
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从上述分析可知，第一放大系数pij是比较容易 确定的，但第二放大系数qij则要求其他回路开环增 益为较为复杂，特别是多变量系统。
事实上，由式（9-12）和式（9-13）可看出，第 二放大系数qij完全取决于各个第一放大系数pij，这 说明有可能由第一放大系数直接求第二放大系数，
基于机电耦合特性的数控机床切削颤振控制系统①
基于机电耦合特性的数控机床切削颤振控制系统①杨丽娟【期刊名称】《《佳木斯大学学报（自然科学版）》》【年(卷),期】2019(037)006【总页数】5页(P975-978,983)【关键词】机电耦合特性; 数控机床; 切削; 颤振; 控制【作者】杨丽娟【作者单位】三明医学科技职业学院福建三明365000【正文语种】中文【中图分类】TG5020 引言随着数控机床加工技术的发展，采用数控机床进行切削加工成为未来机械制造的重要内容，在利用数控机床进行切削加工过程中，受到轴类零件的扰动因素的影响，导致数控机床切削过程中出现颤振，需要构建数控机床切削颤振控制模型，结合误差测量控制的方法，进行数控机床切削颤振抑制，提高数控机床切削精度[1]。
对数控机床切削控制是建立在测量系统的精度控制基础上，结合对数控机床切削颤振稳定性控制，采用直线电机驱动的方法，进行数控机床切削颤振控制，提高输出的稳定性。
传统方法中，对数控机床切削颤振控制方法主要有模糊PID控制方法、自适应零点控制方法和随动接触测量方法等[2]，但上述方法进行数控机床切削颤振控制的自适应性不好，抗干扰能力不强。
针对上述问题，文提出基于机电耦合特性的数控机床切削颤振控制方法，首先构建数控机床切削的激光跟踪同步测量模型，采用机电耦合特性调节的方法进行数控机床切削过程中的随动接触测量，实现数控机床切削颤振控制，最后进行仿真实验分析，展示了文中方法在提高数控机床切削颤振控制能力方面的优越性能。
1 数控机床切削同步测量模型和三维高精度校准1.1 数控机床切削同步测量模型为了实现数控机床切削颤振控制，首先构建数控机床切削的激光跟踪同步测量模型，采用非接触的应力特征分析方法进行数控机床切削同步测量，在动应力条件下，采用直线光栅径向测量的方法[3]，进行数控机床切削同步测量的振动特征分析，取sinθp=θp，cosθp=1，另取JPδ是数控机床切削颤振矢量沿垂直方向轴(Y轴)的转动惯量，它的值还与θp有关，通过直线电机驱动控制的方法，构建机电耦合模型，得到随动接触测量装置的运动方程为：(1)其中(2)(3)(4)(5)(6)采用系统误差补偿的方法，建立高强度载荷作用下数控机床切削同步测量的转矩模型，对转矩C和机械结构强度U进行耦合分析[4]，得到数控机床接触测量装置的力学关系为：其中Km、Ke为工件坐标系中的模量力矩系数和惯性力矩系数。
永磁同步电机解耦控制系统的研究与设计开题报告
永磁同步电机解耦控制系统的研究与设计开题报告一、选题背景随着电动车、风力发电等领域的发展，永磁同步电机作为一种高效、高性能、可靠性强的电机越来越受到人们的重视。
然而，由于永磁同步电机具有较强的耦合特性，控制系统的设计较为复杂，控制精度较难达到要求。
同时，这一领域的研究也面临着一系列的挑战。
因此，本文旨在对永磁同步电机解耦控制系统进行深入的研究与设计，以期提高永磁同步电机的控制精度和运行稳定性，为永磁同步电机在各领域的应用提供技术保障。
二、研究内容本文拟从以下几个方面对永磁同步电机解耦控制系统进行研究：1. 永磁同步电机控制原理与方法的分析和比较。
2. 基于dq坐标系的永磁同步电机解耦控制系统的设计，并进行仿真验证。
3. 对永磁同步电机解耦控制系统进行优化，以提高控制精度和运行效率。
4. 实验验证和性能评估，对永磁同步电机解耦控制系统进行实际测试和验证，分析其性能指标。
5. 对研究结果进行总结与展望，为永磁同步电机控制系统的研究提供参考和借鉴。
三、研究意义本文的研究将对永磁同步电机的控制系统进行深入分析和优化，提高其控制精度和运行效率，为永磁同步电机在各领域的应用提供技术支撑。
同时，本文的研究还将为电机控制理论的深入发展提供重要的参考和借鉴。
四、预期成果本文的研究旨在实现一个高效、高稳定性的永磁同步电机解耦控制系统，主要成果如下：1. 设计基于dq坐标系的永磁同步电机解耦控制系统，并对其进行仿真验证。
2. 优化永磁同步电机解耦控制系统，提高控制精度和运行效率。
3. 实验验证永磁同步电机解耦控制系统的性能指标，对研究结果进行总结与展望。
五、研究方法和技术路线本文采用文献研究、理论分析、仿真模拟、实验验证等多种方法进行研究，并采用如下技术路线：1. 永磁同步电机的控制原理和方法分析。
2. 构建永磁同步电机解耦控制系统的仿真模型，进行控制算法优化。
3. 搭建实验平台进行实际测试和验证，分析永磁同步电机解耦控制系统的性能指标。
3.3 解耦控制系统
2
q11 =
q21 =
u2 u1 + u2 u2
( p0 − p2 )
( p0 − p2 )
q12 =
u1
u1(u1 + u2 ) p11 u2 λ11 = = q11 u1 + u2 p21 u1 λ21 = = q21 u1 + u2
u1 + u2 u1 ( p0 − p2 ) q22 = − u2 (u1 + u2 ) p12 u1 λ12 = = q12 u1 + u2 p22 u2 λ22 = = q22 u1 + u2
p0 − p1 λ11 = p0 − p2 p1 − p2 λ12 = p0 − p2
p1 − p2 λ21 = p0 − p2
p0 − p1 λ22 = p0 − p2
观 λ11 + λ12 = λ21 + λ22 = λ11 + λ21 = λ12 + λ22 =1 察
⒊ 间接法 求第二放大系数，很麻烦，考虑用第一放大系数， 求第二放大系数，很麻烦，考虑用第一放大系数，间接求取相对增 输入输出间有线性关系时， 益。输入输出间有线性关系时，静态的输入输出关系为 例如： 例如：
Y = KU = PU
P=K
y1 = k11u1 + k12u2
k11 k12 y1 u1 Y = y U = u y2 = k21u1 + k22u2 K = k 21 k22 2 2 ∂y1 ∂(k11u1 + k12u2 ) ∂y1 p11 = = = k11 p12 = = k12 ∂u1 u ∂u1 ∂u2 u u
u 1 ( p0 − p2 ) = u +u 1 2
系统解耦控制
实验二、 系统解耦控制一、实验目的1、 掌握解耦控制的基本原理和实现方法。
2、 学习利用模拟电路实现解耦控制及实验分析。
二、实验仪器1、 TDN —AC/ACS 型自动控制系统实验箱一台2、 示波器3、 万用表三、实验原理与内容一般多输入多输出系统的矩阵不是对角阵，每一个输入量将影响所有输出量，而每一个输出量同样受到所有输入量的影响，这种系统称为耦合系统。
系统中引入适当的校正环节使传递矩阵对角化，实现某一输出量仅受某一输入量的控制，这种控制方式为解耦控制，其相应的系统称为解耦系统。
解耦系统输入量与输出量的维数必相同，传递矩阵为对角阵且非奇异。
1、 串联控制器()c G s 实现解耦。
图2-1用串联控制器实现解耦耦合系统引入控制器后的闭环传递矩阵为1()[()()()]()()p c p c s I G s G s H s G s G s -Φ=+左乘[()()()]p c I G s G s H s +，整理得1()()()[()()]p c G s G s s I H s s -=Φ-Φ式中()s Φ为所希望的对角阵，阵中各元素与性能指标要求有关，在()H s 为对角阵的条件下，1[()()]I H s s --Φ仍为对角阵， 11()()()[()()]c p G s G s s I H s s --=Φ-Φ设计串联控制器()c G s 可使系统解耦。
2、 用前馈补偿器实现解耦。
解耦系统如图2-2，图2-2 用前馈控制器实现解耦解耦控制器的作用是对输入进行适当变换实现解耦。
解耦系统的闭环传递函数1()[()]()()p p d s I G s G s G s -Φ=+式中()s Φ为所希望的闭环对角阵，经变换得前馈控制器传递矩阵1()()[()]()d p p G s G s I G s s -=+Φ3、 实验题目双输入双输出单位反馈耦合系统结构图如图。
图2-3 系统结构图设计解耦控制器对原系统进行解耦，使系统的闭环传递矩阵为10(1)()10(51)s s s ⎡⎤⎢⎥+⎢⎥Φ=⎢⎥⎢⎥+⎣⎦通过原系统输出量（1,2y y ）与偏差量（1,2e e ）之间的关系112210()()21()()111Y s E s s Y s E s s ⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎡⎤+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎢⎥+⎣⎦得到原系统开环传递矩阵 ()p G s1021()111p s G s s ⎡⎤⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎣⎦由输出量（1,2y y ）输入量（1,2u u ）个分量之间的关系为112210()()2(1)()()2112(2)2Y s U s s Y s U s s s s ⎡⎤⎢⎥+⎡⎤⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥++⎣⎦ 原系统闭环传递矩阵'102(1)()2112(2)2s s s s s ⎡⎤⎢⎥+⎢⎥Φ=+⎢⎥⎢⎥++⎣⎦1）设计的串联控制器为：由于()H s I = 11()()()[()]c p G s G s s I s --=Φ-Φ1111000(1)(1)211151001(51)(51)s s s s s s s s --⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+++⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+++⎣⎦⎣⎦⎣⎦210(21)(1)15s s s s s s s +⎡⎤⎢⎥=⎢⎥+++⎢⎥-⎢⎥⎣⎦反馈控制器实现系统解耦的结构图图2-4用串联控制器实现解耦的系统结构图2）设计的前馈控制器为：'11()()[()]()()()d p p G s G s I G s s S s --=+Φ=ΦΦ 带入参数得：202(21)51s s s ⎡⎤⎢⎥+⎢⎥-+⎢⎥+⎣⎦前馈控制器实现系统解耦的结构图图2-5用前馈控制器实现解耦的系统结构图四、实验步骤1、 根据实验题目采用串联控制器或前馈控制器，在实验板上设计解耦系统的模拟实验线路并搭接实验电路。
一种工程化的协调控制系统解耦控制方案
７ ４
电
力
科
学
与
工
程
Ｖｏ ｌ ＿ ３ ０． Ｎｏ ． １
２ ０ １ ４年 １ 月
Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｊ ａ ｎ ． ， ２ ０ １ ４
粉 系统 的亚 临 界 汽 包 锅 炉 ，微 分 方 程 描 述 的对 象 ： 变 量 、强 耦 合 特 性 的被 控 对 象 ，针 对 此 对 象 设 计 模 型如 下 所 示 ¨ 协 调 控 制 系 统 本 身 就 是 存 在 大 惯 性 、大 迟 延 、多 优 化 控 制 算 法 是 当前 研 究 的 热 点 问 题 。 良好 的控 制 品质 仍 然 是 协 调 控 制 系 统 所 追 求 的 目标 。我 国
第 １ 期
刘鑫屏 ，等 一种工程化的协调控制系统解耦控制方 案
７ ５
为 燃 料 增 益 ；Ｋ ２ 为 过 热 器 阻 力 系数 ；Ｋ ３ 为 汽 轮 机 式 两 边 取 增 量 ，利 用 小 偏 差 线 性 化 的 方 法 得 到 线
增 益 ；丁为 制 粉 过 程 迟 延 时 间 ；Ｔ ｆ 为 制 粉 动 态 时 性 模 型 。
间 ；Ｃ 为 锅 炉 蓄 热 系 数 ； 为 汽 轮 机 动 态 时
整 理 为 传 递 函数矩 阵 ：
１ ２ ㈩
炉跟 机 为基 础 的协 调 控 制 方 案 和 Ｄ Ｅ Ｂ方 案 。
百
＝
一
Ｎ ＋
（ ４）
Ｐ ＝ ｐ ｄ —Ｋ ２ （ Ｋ． ｒ ）
（ ５ ）
模 型输 入 变 量 ：Ｍ 为 锅 炉 燃 料 量 ，ｋ ｇ ／ ｓ ；Ｍ
解耦控制系统PPT课件
• 在两个回路都闭合的情况下, 控制系统的输入y1,sp、 y2,sp 和输出y1、 y2间的关系为
(1 G11Gc1) y1 (G12Gc2 ) y2 (G11Gc1) y1,sp (G12Gc2 ) y2,sp (G21Gc1) y1 (1 G22Gc2 ) y2 (G21Gc1) y1,sp (G22Gc2 ) y2,sp
第七章 解耦控制系统
• 7.1系统的关联分析
• 在过程控制系统设计中, 常常会遇到多输出-多输入对象, 如何正确选择输出(被控变量)和输入(控制变量)的合理搭配关 系, 是制定良好的控制方案的关键。 Bristol(1966年)提出的 相对增益矩阵的概念, 为我们的方案选择提供了一个定量的判 定标准。 设计好控制系统后, 常常会发现控制器回路之间还存在关 联, 要通过设计补偿装置来消除或减少回路之间关联的作用, 使系统平稳运行, 就要采用多变量解耦控制(Multivariable Decoupling Control)技术。
传回来, 反过来又影响回路2的输出, 并且通过回路2反馈通道
返回至y2,sp输入端, 形成第三个闭合回路, 这便是两控制回路 间关联的实质。 如果处于闭环状态的两个控制器的输出u1、 u2不断地相互影响, 就会严重影响控制系统的品质。 在大多数
场合中, 控制系统的关联都是不好的, 应予避免或削弱。
8
k11
k12k21 k22
k11k22
k11k22 k12k21
（7-9）
25
• 同理可从式(7-8)中求出
12
k12k21 k11k22 k12k21
21
k12k21 k11k22 k12k21
22
k11k22 k11k22 k12k21
基于BP网络数控伺服进给系统解耦控制器的设计
基于BP网络数控伺服进给系统解耦控制器的设计
高月辉
【期刊名称】《电工技术：理论与实践》
【年(卷),期】2015(000)008
【摘要】本文利用Matlab仿真软件神经网络工具箱中BP网络设计解耦控制器，将此解耦控制器运用到强机电耦合系统一一数控伺服进给系统中进行解耦控制，对数控伺服进给系统在实际工作过程中的实际工况进行解耦。
以此验证整个解耦控制器在不同程度响应信号下对整个机电牺合系统的解耦程度。
【总页数】1页(P218-218)
【作者】高月辉
【作者单位】天津现代职业技术学院,天津300350
【正文语种】中文
【中图分类】TG659
【相关文献】
1.基于自调整比例因子的数控进给伺服控制器设计
2.基于自调整规则因子的数控进给伺服控制器设计
3.一种基于BP神经网络的数控机床伺服系统控制器
4.一种基于BP神经网络的数控机床伺服系统控制器
5.基于递归神经网络的数控伺服进给预测模糊控制器设计
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解耦控制系统
接计算第二放大系数, 从而得到相对增益矩 阵。
10
相对增益系数的计算方法1
输入输出稳态方程
u1(s)
y1(s) y1 K11u1 K12u2
u2(s)
y2(s) y2 K21u1 K22u2
0
0 Gp22 (s)
Gp11(s)Gp22
(s)
1
Gp12
(s)Gp21(s)
Gp22 (s) Gp21(s)
Gp12 (s)Gp11(s)
Gp11(s)
0
0 Gp22 (s)
Gp11(s)Gp22 (s)
G
p11
(
s)G
p
22
(s)
G
p12
(
s)G
p
21
(s)
Gp11(s)Gp21(s)
G
p11
(
s)G
p
22
(s)
G
p12
(
s)G
p
21
(s)
Gp22 (s)Gp12 (s)
G
p11
(
s)G
p
22
(s)
G
p12
(
s)G
p
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(s)
Gp11(s)Gp22 (s)
G
p11
(
s)G
p
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(s)
G
p12
(
s)G
p
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(s)
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3.解耦控制系统设计
R1
Gc1(s) Uc1 Gp11(s) Y1
浅谈基于机电耦合的数控系统的解耦控制与仿真分析
浅谈基于机电耦合的数控系统的解耦控制与仿真分析摘要：随着科技的发展，电子计算机技术、信息技术得到了迅速地发展，数控技术也广泛的应用到工业生产及设备制造中，已经成为一种关系到整个制造生产关键的技术类型，具有稳定、快速、准确的特性。
本文通过传动系统中的机电耦合数控系统特性，对建模方法进行研究，对其中的解耦控制和仿真进行分析。
利用大型的加工模型作为依据，分析了刚度和误差对整个伺服系统的影响，为整个的探究提供了有力的证据。
关键词：伺服系统;机电耦合;解耦;仿真数控技术已经广泛应用到各个领域，技术发展得也越来越成熟，在整个的研究系统中占有很重要的位置，成为各种高科技设备的重要核心技术。
对于耦合这种具有十分强大影响力的现象，是需要被尽快解决的，而且这并不是一件可以容易解决的事情，其中的相互关联性非常强。
除去传统的方式，对于解耦的控制成为人们研究的重点，并且利用耦合的现象引发了仿真的研究，对耦合的具体表现做出了反应，验证了解耦的具体过程。
1.数控系统数控系统是将多种先进机电设备整合为一体化的一种高科技产品，具有高精度、柔性化、多轴化、软件及硬件开放化、智能化等特性。
在竞争激烈的市场中具有稳定的地位和超强的竞争力，受到越来越多人的重视和好评。
近些年，我国在数控系统方面虽然取得了迅猛的发展，但是仍然有许多系统是从国外引进，尤其是在一些重要设备的开发能力上还有着很大的不足，对性能和功能的研究等方面都有很大的提升空间，因此加快对数控系统的开发成了发展我国系统控制的重中之重，为此国家也出台了一些关于这方面发展的政策，提出了坚持自主开发系统，结合国外先进技术，做出具有符合我国生产条件的独特数控系统设备。
在这之后，经过大力发展，一些系统的性能也已经一步步地的完善，国内生产的数控设备市场占有率有了较大的提升。
在机电系统中，两个及以上的电路中对于输出和输入之间会相互影响，这种现象被称为耦合。
数控机床中以交流电作为动力源，更容易产生耦合现象，耦合现象对系统的稳定性和准确性有很大影响。
解耦控制1
Y1 s G21 s G11 s G22 s G12 s G21 s s, y20 G11 s G12 s U1 s G22 s G22 s
三、动态相对增益（3）
• •
二、相对增益（5） 相对增益矩阵的一般求法
对于已知的多输入多输出系统的静态特性矩阵形式为 Y=MU 式中Y=[y1,y2,……..,ym]T;U=[u1,u2,……..,um]T
y1 u 1 . M . ym u1
u
..... . .
y1 um . . ym um
• 因此可求得λ11为：
11
G11 s G22 s 1 G11 s G22 s G12 s G21 s 1 G12 s G21 s G11 s G22 s
令:
P s
G12 s G21 s G11 s G22 s
故有：
如果，排成如下矩阵形式，则称之为相对增益阵列。
y1 11
u1
y2 21
12 22
u2
二、相对增益（4） 二阶相对增益矩阵的特点
• • • • • • • 在双输入双输出情况下，下面几点很有用： （1）相对增益列阵中，每行和每列的元素之和为1，这个基本性 质在2*2变量系统中特别有用。只要知道列阵中任何一个元素，其 他元素可立即求出。 ij ij （2）在相对增益列阵中所有元素为正时，称之为正耦合。 k11与 k12同号（都为正或都为负），k12与k21中一正一负时， 都为正值， 且 ≤1，属正耦合系统。 ij ij （3）在相对增益矩阵中只要一元素为负，称之为负耦合。 （4）当一对 为1，责另一对 为0，此时系统不存在稳态关联。 ij （5）当采用俩个单一的控制器时，操纵变量 uj与被控变量yi间的 ij 匹配应使两者间的 尽量接近1。 （6）如果匹配的结果是 仍小于1，则由于控制间关联，该通道 在其他系统闭环后的放大系数将大于在其他系统开环时的数值，系 统的稳定性往往有所下降。
5双边驱动精密XY运动平台解耦控制研究
分的系统仿真也可以验证该策略能够获得较好的解
耦控制效果。因此, 双边驱动两直线电机的同步控 制通过解耦补偿器和输出变换矩阵能够将双边驱动
精密 XY运 动平台的控制 转换为 S ISO 系 统进行控 制, 即沿质心的平动 y 和绕质心的转动 H, 从而降低 了控制系统设计的难度。
根据 Q ( s )的主对角线元素设计控制器 C ( s), 采 用 P ID控制律, 表达式如下:
双边驱动是指用两个电机驱动完成一个方向的 运动, 通常称作 H-drive 结构, 双边驱动结构具有行 程大、驱动力大、负载高、带宽高等优点, 但是此类平 台的挑战是需要完成高精度同步控制。目前已有多 种控制方法用于解决双电机同步控制问题。文献 [ 4-
5 ]采 用自 适应 控制 策略 来协 调 双 电 机运 动 达 到提 高 同步精度的目的。文献 [ 6-7] 对由旋转 电机 + 滚珠 丝杠组成的具有强机械耦合对称平台同步运动控制 进行了研究。文献 [ 8] 对直线电机与横梁通过铰链 链接的双边同步控制采用分别独立控制 的方式, 而 没有考虑负 载位 置变 化对系 统模 型的 影响。文献 [ 9]采用理想解耦控制策略对双电机运动解耦, 并将 对解耦后的 SISO系统进行自适应控制设计, 但该解 耦策略对于耦合较大时难以实现, 且自适应控制算 法相对复杂。
从传递函数矩阵式 ( 1)可以看出, 任何一个输出
都不取决于一个输入, 即输入和输出之间有一种交 叉的影响。并且当系统按任何方式闭合后这种交叉
影响的关系可能会变得更加复杂。这种一个输入相
应多个输出, 或者一个输出受多个输入的影响, 称为
互联, 也称耦合。为了获得对象的双输入双输出模
型之 间 的 耦 合 关 系, 本 文 采 用 相 对 增 益 阵 列 M
解耦控制系统
PT
FT
u2
图 6-8 关联严重的控制系统
6.5.2. 相对增益
令某一通道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， 则 yi u j u λ ij y yi u j 上式中分子项外的下标u表示除了uj以外，其它都保持不变， 即都为开环；分母项外的下标y表示除了yi以外，其它y都保 持不变，即其它系统都为闭环系统。
u y λ y λ
1 1 2
11 21
u λ λ
12 22
2
u1
k11
y1
k21 k12 u2 k22 y2
பைடு நூலகம்
图 6-9 双输入双输出对象静态特性框
被控变量与操纵变量间 正确匹配
串接解耦控 制
控制器的参数整 定 减少控制回路
6.5.4. 串接解耦控制
串接解耦装置D(s)的作用是使G(s)•D(s) 的积 成为对角阵，这样关联就消除了。要求 G(s)D(s)之积为对角阵，对其非零元素又有三 类方法。
对角线矩阵法 单位矩阵法 前馈补偿法
6.5.5.工业应用实例
某乙烯装置裂解炉的解耦控制。它具有四组并 联的裂解炉管，每组炉管对应于8个烧嘴。每 组有燃料油的控制阀。原料油（煤油、柴油等） 经预热至590 0C后进入裂解炉管进行裂解，生 成乙烯、丙烯，丁烯、甲烷、乙烷、丙烷…… 等。为了减少炉管结焦和提高乙烯等产品收率， 需要降低裂解炉管内的油气分压，因此须按一 定的比率加入稀释蒸汽。原料油和稀释蒸汽的 比率应该控制好。
6.5. 解耦控制系统
6.5.1. 系统的关联分析
现代控制理论论文-系统关联性及解耦控制
多输入-多输出系统关联性及解耦控制摘要：在现代化的工业生产中，不断出现一些较复杂的设备或装置，这些设备或装置的本身所要求的被控制参数往往较多，因此，必须设置多个控制回路对这些设备进行控制。
此时控制系统并非简单的单输入-单输出系统，而是较复杂的多输入-多输出系统，由于控制回路的增加，往往会在它们之间造成相互影响，各输入量与个输出量之间存在一定的相互关系 — 关联性（耦合关系）。
系统中每一个控制回路的输入信号对其他回路的输出都会有影响，而每一个回路的输出又会受到其他输入的作用。
要想一个输入只去控制一个输出几乎不可能，这时往往使系统难于控制、性能很差。
关键词：系统关联性；解耦；控制；0 引 言 本主要考虑解耦的方法来消除这种影响，所谓解耦控制，就是采用某种结构，寻找合适的控制规律来消除系统中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 系统的关联1.1系统关联及影响所谓系统关联就是系统之间彼此相互影响。
日常生活中就有不少关联的例子。
例如，在同一条水管上安装若干自来水龙头，当别人开大或开小所用的水龙头时，你所用的水龙头的水流量也会随之发生变化。
这就是系统关联。
实际实际生产过程控制中经常会碰到系统间相互关联的问题，要进行认真的分析和慎重的处理。
如果其关联性比较密切，相互影响比较大而又处理不当，这不仅会影响控制质量，可能还会是系统无法运行，甚至会导致安全事故，应此必须给予足够的的重视。
1.2分析系统关联的方法对于如何判别系统间的关联，下面介绍一种利用相对增益来判断系统间关联的方法。
如果生产设备上同时存在n 个控制系统，那么就有n 个被控变量和n 个控制变量，习惯上成为n ×n 个多变量系统。
用y 表示被控变量，用u 表示控制变量。
控制变量u 的改变对被控变量y 的影响，可以用通道的增益（及静态放大倍数）来描述。
第j个控制变量的改变对第i个被控变量的影响（即该通道的增益），用来表示。
基于BP网络数控伺服进给系统解耦控制器的设计
４神经网络 解耦控制器设计
图 ２ 神经网络解耦控制器结构图 根据数控 伺服进给 系统特 点， 采用 多变量非线性系统的 神经网络解耦控制 算法 ，设计神经网络解 耦补偿器 ，结构如 图 ２所示 。使用神经网络将 来 自其他通道 的耦合影响视为可 测干扰进行补 偿，使得 神经网络解耦补偿器与数控伺服进给 系统组成的广义系统成 为近似无耦合系统 。设计 了神经网络 解耦器 Ｎ Ｄ Ｉ 和Ｎ Ｄ ２ ，使解耦后的广义对象成为一个无耦合的
ｔ － Ｏ ｐ ｊ ）
（ １ ）
３ ． ２ 网络结构 的设计
本 Ｂ Ｐ网络解耦控 制器 只需一个 隐层 即可 ，但 由于系统 参数 的模 式较复杂 ，需要将低维 的输入空间映射到高维的维 空间，网络训练后才能达到所要求的精度。
。 』。 ｌ
式中，
一一第 Ｐ个表征矢量 的误差；
ｔ 一一第 个输 出神经元的期望值； ０ 一一第 个输出神经 元的实际值 。
３ ． ３网络 的训练方式 的确定
对于一个给定 的训练集 ，反 向传播学习可 以有两种方式 进行，即串行方式和集 中方式。从在线运行 的观点看 ，训练 的串行方 式比集 中方式要好 ，因为对每一个突 出权值来说需 要有更少的局 部存储 。而且 ，以随机方式给定 网络的训练模 式，利用一个模式接一个模 式的方法更新权值 ，使得权值空 间的搜索 自然 具有 随机性 ，这使得方 向传播算法陷入了局部 最小的可能性 降低 了。但是 ，同样地 ，串行方式的随机性质 使得要得到 的算法 收敛 的理 论条件变得 困难 了。比较 而言 ， 训练集中方式 的使用为梯度 向量提供 了一个精 确的估计 ，收 敛到局部最小只要简单 的条件就可 以保证 。
技 术交 流
机电一体化系统中的控制算法与优化技术研究
机电一体化系统中的控制算法与优化技术研究机电一体化系统是指将机械、电气和控制系统紧密结合起来，形成一个单一的系统。
控制算法和优化技术在机电一体化系统中起着至关重要的作用。
本文将对机电一体化系统中的控制算法和优化技术进行研究和探讨。
一、控制算法在机电一体化系统中的应用1. 传感器数据采集与处理：机电一体化系统中的传感器负责采集系统运行过程中的各种参数，如温度、压力、速度等。
控制算法可以对传感器采集到的数据进行实时处理和分析，从而判断系统的状态以及是否需要进行调整或优化。
2. 闭环反馈控制：机电一体化系统中的闭环反馈控制是保证系统稳定性和性能的关键。
控制算法可以根据系统的输出和目标值之间的差异来调整系统的控制参数，以实现系统的稳定运行和优化控制。
3. 自适应控制：机电一体化系统在实际运行过程中会受到各种不确定因素的影响，如负载变化、环境变化等。
自适应控制算法可以根据实时的系统状态和外界环境信息，自动调整控制策略和参数，以适应不确定性因素的变化。
4. 模糊控制：机电一体化系统中的模糊控制算法可以处理控制问题中存在的不确定性和模糊性。
通过将模糊规则和知识库进行建立和应用，模糊控制算法可以根据输入变量和规则库中的规则进行推理，从而得到相应的控制输出。
二、优化技术在机电一体化系统中的应用1. 参数优化：机电一体化系统中的各种参数对系统的性能和能效影响很大。
通过应用优化技术，可以对系统的参数进行优化调整，以提高系统的性能和能效。
2. 能量管理：机电一体化系统中的能量管理是实现节能目标的重要手段之一。
优化技术可以对能源的利用进行优化，通过调整系统的工作模式和参数，实现能量的最优分配和利用，从而提高系统的能效。
3. 资源调度与排程：机电一体化系统中的资源调度和排程是实现高效生产和运行的关键。
通过应用优化技术，可以对系统中的资源进行调度和排程，使系统的生产和运行达到最优状态。
4. 故障诊断与维修：机电一体化系统在运行过程中可能会出现故障或损坏。
第6-8章解耦控制系统
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
2.部分解耦
部分解耦是指在存在耦合的被控过程中，只对其中的某 些耦合采取解耦措施，而对另一部分耦合不进行解耦。
（1）被控参数的相对重要性不同。对那些重要的被控参数，控制要求 高，最好采用解耦环节消除或减少其他控制变量对它的耦合。而 对那些相对不重要的被控参数和通道，可允许由于耦合存在所引 起的控制性能的降低，以减少解耦装置的复杂程度。 （2）各个被控参数对输入和扰动的响应速度是不一样的，例如温度、 成分等参数响应较慢，压力、流量等参数响应较快。响应快的被 控参数受响应慢的参数的影响小，后者对前者的耦合因素可以不 考虑；而响应慢的参数受来自响应快的参数的影响大，因此在部 分解耦设计时，往往对响应慢的参数受到的耦合要进行解耦。
12 同对角矩阵法，只需选择 11 N 21 s N 22 s
N
s
N
s
6-8-2 解耦控制系统设计
等效系统为
Wc1(s) Wc2(s) μc1 1 μc2 y2 y1
1
两个单变量系统
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典型机电耦合数控系统的解耦控制研究
本文以典型的数控系统——数控伺服进给系统为分析研究对象，以数控系统的机电耦合理论为基础，针对数控伺服进给系统的多输入多输出不确定非线性和强机电耦合性，探索数控系统机电耦合模型合适的解耦控制方法，提出了基于退火遗传算法的输出反馈解耦，能得到比较理想的解耦控制效果，且算法原理简单，易于实现。
标签：数控系统机电耦合退火遗传算法解耦控制
数控系统是一多输入、多输出、非线性、强耦合的典型机电一体化系统，影响数控系统稳、快、准的主要原因之一就在于各对象之间参数的强度耦合。
解耦控制就是将这一多变量耦合系统转化为无耦合的单变量系统来处理，采用解耦控制的方法解决系统耦合问题，可以大大提高系统的稳、快、准的控制性能指标。
退火算法是全局并行寻优方法，它们在控制领域、特别是在最优控制、鲁棒控制和参数优化等方面得到了应用。
本章将研究一种基于退火遗传算法的解耦控制策略，用于线性或具有弱非线性模型未知的复杂系统的解耦控制中。
一、输出反馈解耦控制原理
如图1所示的数控系统，引入输出的负反馈，构成（1）式的解耦控制律，再根据所要求的解耦控制性能指标，通过退火遗传算法调整输出反馈解耦控制网络F（Z-1）的系数，寻求合适的解耦控制律使得耦合对象的输入输出是解耦的，且系统的性能控制指标满足设计要求。
4.算法实现基于退火遗传算法的输出反馈解耦控制原理如图2所示。
在的每一个可行解下让系统运行，即给定系统的参考输入，计算解耦网络的输出及在解耦控制律的作用下的输出，选择个输入输出样本对，根据（3）式评价，直到（3）式取得最小值，则当前的即是要找的解耦控制网络。
对于数控系统——数控伺服进给系统非线性耦合系统，通过解耦控制将这一多变量耦合系统转化为无耦合的单变量系统，采用基于退火遗传算法的输出反馈解耦控制较好的解决系统耦合问题，进一步提高了系统的稳、快、准的控制性能指标。
本身具备有对被控制变量进行自动调节的能力，因而兼有解耦和控制的功能，系统的鲁棒性能好，抗干扰能力强，可直接投入实际应用中。
参考文献
[1]王东风，王剑东，等.一种多变量系统的内模解耦控制设计方法.控制工程，2003，10（5）：463～465
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