双输入双输出过程解耦内模控制

合集下载

过程控制课件--第七章解耦控制

完全解耦的要求是，在实现解耦之后，不仅调节量与被控量之间可以进行一对一的独立控制，而且干扰与被控量之间同样产生一对一的影响。
一、前馈补偿法
R1
Gc1 ( s )
Uc1
U1
Gp11(s) Gp21(s) Gp12(s)
Y1
N 21 ( s )
N12 ( s )
R2
Gc 2 ( s )
Uc2
U2
Gp22(s)
Y2
解耦原理：使y1与uc2无关联；使y2与uc1无关联

如果要实现对Uc1 与Y2 、Uc2 与Y1 之间的解耦，根据前馈补偿原理可得，
U c 1 G p 21 ( s ) U c 1 N 21 ( s ) G p 22 ( s ) 0
U c 2 G p 12 ( s ) U c 2 N 12 ( s ) G p 11 ( s ) 0
p 11 q 11 p 12 q 12 p 21 q 21 p 22 q 22 K 11 K 22 K 11 K 22 K 12 K 21 K 12 K 21 K 12 K 21 K 11 K 22 K 12 K 21 K 12 K 21 K 11 K 22 K 11 K 22 K 11 K 22 K 12 K 21
引入P矩阵，上式可写成矩阵形式，即
Y1 p 11 Y 2 p 21
p 12 U 1 K 11 p 22 U 2 K 21
K 12 U 1 K 22 U 2
U 1 Y1 Y2 K 11 K 22 K 12 K 21 K 11 K 22 K 12 K 21 K 21 K 11 U 2 Y1 Y2 K 11 K 22 K 12 K 21 K 11 K 22 K 12 K 21 K 22 K 12

三相电压型PWM整流器的新型双闭环控制方法

电力工程技术
ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
第３７卷第ｌ期
三相电压型ＰＷＭ整流器的新型双闭环控制方法
朱志键，唐卫民（国网无锡供电公司，江苏无锡２１４０００）
摘要：研究了三相电压型ＰＷＭ整流器的基于内模控制的新型双闭环控制策略。其中电流环基于内模解耦控
ｒＪ。Ｊ
＋
Ｚｃ，
１
—
ａ
Ｚ幽
ｒ
Ｚｓｃ
－Ｊ
Ｕｄｃ＝７－【
Ｃ
“ｃ
＿
图１三相电压型ＰＷＭ整流器的拓扑Ｆｉｇ．１Ｔｏｐｏｌｏｇｙｏｆｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅＶＳ—ＰＷＭｒｅｃｔｉｆｉｅｒ
义开关函数Ｓ：ｆ１，上桥臂导通，下桥臂关断，．、
中图分类号：ＴＭ４６１
文献标志码：Ａ ห้องสมุดไป่ตู้
文章编号：２０９６．３２０３（２０１８）０１－００８６－０５
０引言
基于脉冲宽度调制（ＰＷＭ）技术的三相电压型整流器能有效减少交流侧谐波含量，具有直流侧电压可控、功率因数接近１及能量双向流动的优点。因此，三相电压型ＰＷＭ整流器在工业上得到了越来越广泛的应用。。。目前应用广泛且研究较多的控制策略是由坐标系下的电压电流双闭环控制策略。

先进控制系统介绍

如图8-1所示为软测量结构图，表明在软测量中各模块之间的关系。
图8-1软测量结构图
软测量的核心是建立工业对象的精确可靠的模型。软测量初始模型是对过程变量的历史数据进行辨识。现场测量数据中可能含有随机误差甚至显著误差，须经数据变换和数据校正等预处理，才能用于软测量建模或作为软测量模型的输入。软测量模型的输出就是软测量对象的实时估计值。
8.3解耦控制 8.3.1耦合现象影响及分析
在一个生产装置中，往往需要设置若干个控制回路，来稳定各个被控变量。在这种情况下，多个控制回路之间就有可能存在某种程度的相互耦合，这样的相互耦合可能妨碍各被控变量之间的独立控制，甚至会破坏各系统的正常工作。
图8-3所示精馏塔温度控制是典型的耦合实例。
(2)整定控制器参数，减小系统关联
具体实现方法：通过整定控制器参数，把两个回路中次要系统的比例度和积分时间放大，使它受到干扰作用后，反应适当缓慢一些，调节过程长一些，这样可达到减少关联的目的。在采用这种方法时，次要被控变量的控制品质往往较差，这一点在工艺允许的情况下是值得牺牲的，但在另外一些情况下却可能是个严重缺点。
8.2时滞补偿控制
控制通道不同程度存在纯滞后(时滞)。例如，热交换器载热介质(流量)对出口温度影响滞后一段时间；反应器、管道混合、皮带传送及分析仪表测量流体成分等都存在纯滞后。纯滞后存在，使被控变量不能及时反映扰动影响，即使执行器接收信号后立即动作，也需经过纯滞后时间，才能作用于被控变量。衡量纯滞后常采用纯滞后时间τ和时间常数T之比。当τ／T<0.3，是一般纯滞后过程；当τ／T>0.3，为大纯滞后过程。一般纯滞后可采用常规控制，而当纯滞后较大时，则用常规控制往往较难奏效。大纯滞后过程较难控制，目前已有一些可行控制方案，Smith预估补偿控制就是一种较好的控制方案。

双旋翼多输入多输出系统及解耦控制简介

双旋翼多输入多输出系统及解耦控制简介1复杂控制系统 (1)1.1 多变量系统 (1)1.2 非线性系统 (3)2 双旋翼系统的组成及工作原理 (4)3双旋翼系统的结构框图 (6)1复杂控制系统复杂控制系统一般为多变量、时变和具有分布参数的非线性系统，由于其非线性和高维性，使得研究难度大，难以建立准确的数学模型。

大多数的系统具有不止一个输入变量，不止一个输出变量。

因此，他们不是单输入单输出(SISO)系统，而属于多变量系统的范畴。

如果在这些输入变量与输出变量之间存在着一一对应的关系，而其他输入变量对该输出变量的影响很小，关联程度很低，则整个系统可分解为若干个独立的单输入单输出系统来处理。

然而，也有相当一部分系统，各输出变量与输入变量之间的相互关联的程度较高，或者说藕合较强，这时候必须考虑多变量系统的特点。

可以认为多变量系统是单输入单输出系统的延伸与扩展，也可以认为，单输入单输出系统是多变量系统的一种特例。

因此，多变量系统是从更为一般的、更广阔的角度来考虑问题的。

在自动控制系统中，各个控制系统之间的耦合是经常发生的，因为在大多数多输入多输出(MIMO)控制系统中，一个输入信号的变化会使多个输出量发生变化，每个输出也不只受一个输入的影响。

在实际的生产过程中，精确的分析结果表明，所有的系统都是非线性的。

而线性系统则是一种简化或近似。

因此，随着生产和科学的发展，非线性问题愈来愈多地成为人们所关心的问题之一。

特别是由于某些非线性系统本身所具有的独特性质(如自激振荡、区域稳定、频率俘获和非线性补偿等)，使得非线性系统在工程范围中的应用有所推广，并日益为各学科所重视。

1.1 多变量系统通常的多变量系统不止一个输入，也不止一个输出，这样的系统被称为多输入多输出(MIMO)系统。

多输入多输出(MIMO)系统的一个很重要的性质就是变量之间的藕合性，即任一个输出一般都不只取决于一个输入，同时一个输入信号的变化也会使多个输出量发生变化。

双输入双输出非最小相位系统的智能控制的开题报告

双输入双输出非最小相位系统的智能控制的开题报告1. 研究背景和意义双输入双输出系统（Two-Input-Two-Output System, TITO）广泛存在于各种化工、电力、航空航天等工业控制过程中。

而对于非最小相位系统来说，由于存在时滞和极点零点分布不对称等特性，导致传统的控制方法难以起到理想的控制效果。

因此，对于双输入双输出非最小相位系统的智能控制技术的研究具有重要的理论和实际意义，可以提高系统的控制性能和稳定性，为实现系统优化控制提供技术支持。

2. 研究现状和存在问题针对双输入双输出非最小相位系统的智能控制技术，目前的研究主要集中在基于模型预测控制、自适应控制、神经网络控制等方面。

这些方法在一定程度上可以提高系统的鲁棒性和鲁棒性，但存在以下问题：（1）模型预测控制方法对模型的准确性和精度要求较高；（2）自适应控制方法对系统的开环性质和参数误差鲁棒性较差；（3）神经网络控制方法在训练复杂度和实时性方面存在问题。

因此，需要寻找一种适用于双输入双输出非最小相位系统的智能控制方法，具有高效、高精度和鲁棒性强等优点。

3. 研究内容和目标本文拟针对双输入双输出非最小相位系统的智能控制问题，开展如下研究：（1）分析双输入双输出非最小相位系统的特点和控制难点；（2）研究基于深度强化学习的双输入双输出非最小相位系统智能控制方法；（3）设计并实现双输入双输出非最小相位系统的深度强化学习控制算法，并在仿真和实际系统中进行验证和测试；（4）在深度强化学习控制的基础上，进一步探索其他智能控制方法的应用，为实现系统优化控制提供技术支持。

4. 预期成果本文的预期成果包括：（1）深入分析双输入双输出非最小相位系统的特点和控制难点；（2）提出基于深度强化学习的双输入双输出非最小相位系统智能控制方法；（3）设计并实现具有高效、高精度和鲁棒性强的双输入双输出非最小相位系统深度强化学习控制算法；（4）在仿真和实际系统中进行验证和测试，取得实际控制效果和验证算法的有效性；（5）为相关领域的研究者提供理论和实际经验支持。

过程控制系统作业答案(全)

比值控制系统

2、如图所示一氧化氮生产串级比值控制系统，要保证产品质量，需要稳定氧化炉出口温度。回答以下问题。（1）图中除法器的输出代表什么？（2）系统中开方器有什么作用？（3）图中Q1是主流量还是副流量？（4）系统主副流量无变化，当扰动作用使氧化炉出口温度偏离设定值时，系统如何调节？
串级控制系统

2、某一温度-压力串级控制系统采用两步法整定控制器参数，测得4：1衰减过程的参数为： δ 8% 、 100 s 、δ 40% 、 T 10 s T 主控制器采用PI控制规律，副控制器采用P控制，确定系统整定参数。
s1
s1
s2
s2
（1）4:1衰减法参数整定表
（2）临界比例度法参数整定表

m1 m2
c1 c2
双输入双输出系统，输入输出关系如下：
c1 2 m 1 3 m 2 c 2 4 m1 m 2

（1）求相对增益矩阵。（2）求正确的变量配对。
多变量解耦控制系统

c1 2 m 1 3 m 2 c 2 4 m1 m 2
dh Q i Q o1 Q o 2 C dt h Q o1 R1 h Qo2 R2 Q ( s ) Q o1 ( s ) Q o 2 ( s ) CsH ( s ) i H (s) Q o1 ( s ) R1 H (s) Qo2 (s) R2
m 2 c 2 4m1
解：（1）由式 c 2 4 m1 m 2 ，得代入 c 2 m 3 m 式中，得
1 1 2

电动汽车充放电机变换器解耦控制系统设计

在充放电机技术应用中，三相电压型变换器因其效率高、体积小、重量轻和控制方便等优点起到交直变换不可替代的作用,能实现电能的“绿色交换”[2]。并且因在同步旋转坐标系下交流侧电流的控制不存在电流静差而被越来越多地采用，但在同步旋转坐标系下，三相电压型变换器的d、q轴电流之间存在耦合，导致有功和无功电流不能独立的控制，给控制带来一定的困难，因此电流的解耦控制非常重要。本文建立了充放电机变流器在同步旋转坐标系下的数学模型，理论上分析了耦合产生的原因；介绍了交叉解耦控制因其实现简单、稳态性能较好能被广泛使用，但其暂态性能较差，对于充放电机的变换器模块需要不断充电、放电使用显然不能达到控制的要求。因此，采用利用状态的反馈以达到解耦目的的状态反馈解耦控制[3]来实现电流超调量小、调节时间短的目的是必要的，仿真结果表明了其动态响应特性得以有效地改善。
4 结论
三相电压型PWM变换器是整个V2G充放电机的核心装置，本文针对充放电机工作时需要不断地切换工作模式，而传统d、q轴下交叉解耦控制动态性能较差的特点，采用了能使电流超调量小、调节时间短的状态反馈解耦控制策略。通过搭建整个系统的Simulink仿真模型，仿真结果表明该控制策略能较好地实现三相电压型PWM变换器有功功率和无功功率的解耦控制，具有较好的动态特性，对仿真结果进行分析，证明了本文采用的控制策略在V2G充放电机应用中的有效性和可行性。
图1中，ea、eb和ec分别为电网的三相电压。L为交流侧电感，主要作用是限制开关器件所产生的高次谐波电流，其值应当适当，太小会使电源电流中的高次谐波含量增加，而太大将影响控制时电源电流跟踪指令信号的速度[6]。R为表示电感损耗、线路损耗及开关器件通态损耗和开关损耗的等效电阻。C为直流侧母线电容，其主要功能为：一是吸收开关器件高频开关动作在输出直流电压中造成的纹波；二是当负载发生变化时，在变换器的惯性延时期间将输出直流电压的波动维持在限定范围内。idc为流经负载电阻的负载电流大小，udc为直流母线电容的端电压，ia、ib、ic为交流侧三相相电流的大小。

线性系统课件解耦控制问题讲解精品文档

5.5 解耦控制问题
一 .动态解耦问题
对象：p个输入，p个输出

x Ax Bu y Cx G (s) C (sI A)1 B
若系统的初始状态为0，则
y1(s)g11(s)u1(s)g12(s)u2(s)g1p(s)up(s) y2(s)g21(s)u1(s)g22(s)u2(s)g2p(s)up(s) yp(s)gp1(s)u1(s)gp2(s)u2(s)gpp(s)up(s)
w
Bw
Dw
xc
r-xc 来自cxc BceKc{A,B,C,D}
-
y
伺服补偿器
K
镇定补偿器
• 对象

x Ax Bu B w w
y Cx Du D w w { A, B, C}能控 , 能观
•
干扰信号

xw Awxw, xw(0)未知
w(t) Cwxw

• 参考信号 xr Arxr, xr(0)未知 r(t) Crxr
1 (s)
使闭环系统稳定的部分 N c (s) D c (s)
在回路中引入(复制)参考信号和扰动信号的模型
1
(s)
这种方法常称为内模原理.
1 (s)
称为内模.
对象 G(s) N(s)
D(s)
的参数变化称为参数摄动.
• 在以上方法中,对象和补偿器的参数变化即使很大,但只
要 D c (s) D (s) (s) N c (s) N (s) 0
令
r(s),w(s)
(s) 是
分别是 Ar , Aw 的最小多项式
r(s),w(s) 位于右半闭S平面上的根
因式的最小公倍式.

单元机组协调控制的解耦内模控制

研究与开发2009年第11期37单元机组协调控制的解耦内模控制张二辉1田沛1刘友宽2（1.华北电力大学自动化系，河北保定071003；2.云南电力试验研究院，昆明650217）摘要协调控制系统的性能直接影响单元机组运行的安全性和经济性。

为了克服能量供需之间关联耦合作用对协调系统控制品质的影响，本文将对象解耦内模控制应用于协调控制系统，设计出内模协调控制器。

本文分析了解耦内模控制器的设计过程，并在模型失配的情况下进行了仿真研究，仿真结果表明，所设计的解耦内模控制器有较好的解耦效果，同时对模型失配有较好的适应性。

关键字：协调系统；内模控制；解耦；机组模型The Decoupling Internal Model Control ofUnit Coordinated Control SystemZha ng Erhui 1Tia n P ei 1Liu Y oukuan 2（1.Auto Control Department,North China Electric Power University,Baoding,Hebei 071003;2.Yunnan Provincial Electric Power Test &Research Institute (Group)Co.,Ltd,Kunming 650217）Abstr act The performance of the boiler-turbine control system has great impact on the safety and economy of a power unit.To trail off the effects of the coupling of energy feed-demand to the qualities of the coordinated system,decoupling internal model control is used,and designs the decoupling internal controller.This paper analyzes the decoupling internal model controller design processing,and simulating in the case of model mismatch,simulation results show that the decoupling internal model controller has good decoupling,at the same time,with better adaptability.Key words ：boiler-turbine system ；internal model control ；decoupling ；power unit model1引言随着运行水平的提高，发电设备的现代化，大容量、高参数的发电机组被广泛采用。

解耦控制实验概要

实验八解耦控制实验一、实验目的1．掌握解耦控制的基本原理和实现方法。

2．学习利用模拟实验分析研究解耦控制的基本方法。

二、实验仪器1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2．计算机一台三、实验内容1．解藕前原系统结构图如图8-1所示，其被控对象为互相耦合的双输入双输出系统，U1（t）和U2（t）为控制量，Y1（t）和Y2（t）为输出量。

图8-1 原系统结构图2．解藕前原系统的模拟电路和结构图如图8-2和图8-3。

图8-2 原系统模拟电路图图8-3 原系统结构图3．开环解耦控制方框图如图8-4。

图8-4 开环解耦控制方框图虚线框内系统由计算机软件编程实现。

4．闭环解耦PID方框图如图8-5，这个图是在开环解耦的基础上，构成反馈控制系统。

图8-5 闭环解耦PID方框图虚线框内系统由计算机软件编程实现。

经PID校正之后，可形成二独立的闭环系统，PID参数的选择与单回路系统的选择方法相同。

为了检验系统是否解耦，取DA1和DA2的阶跃输入信号都为1V。

若将此二信号加入图8-1耦合系统，将会发现Y1(t)和Y2（t）的输出信号都为2V；若将此二信号加入图16开环解耦系统，会看到Y1(t)和Y2(t)的输出信号分别为1V和2V，但过渡过程还不算快；若将此二信号加入图17的PID解耦控制系统时，有反馈作用和PID作用，合理的选择PID 参数，将会看到Y1(t)和Y(t)基本是1V和2V信号。

四、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路(图8-1)。

电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，输出Y1接A/D、D/A卡的AD1输入。

输入U2接A/D、D/A卡的DA2输出, 输出Y2接A/D、D/A卡的AD2输入。

检查无误后接通电源。

2.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。

3.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。

如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。

开环实验4.选中 [实验课题→解耦控制→开环实验] 菜单项,鼠标单击将弹出参数设置窗口。

一种双模糊解耦控制器的设计与仿真

模糊控制具有不建立被控对象精确数学模型，
但可以实现对非线性、时变、大滞后系统控制的特
点。因此，本文首先对多输入、多输出系统的关
［】：Ｋ．Ｇ１１Ｋ１２Ｇ１２］［］
输入、输出变量间的耦合程度可以用相对增益来表
设计人员提出了解耦思想，其实质是设计适当的补
偿器，将一个ＭＩＭＯ耦合控制系统解耦为多个独立的ＳＩＳＯ系统，或将其耦合程度限制在一定范围内¨ ｊ。其发展的代表为１９６４年Ｍｏｒｇａｎ提出的全解耦状态空间法和２０世纪６０年代Ｒｏｓｅｎｂｒｏｃｋ提出的
Ａ：ＬＡ
式（３）中，
Ａ１
、、
２１Ａ２２Ｊ
１
一
２１
一
２０１２年１１月２６日收到
基础研究基金（Ｇ９ＫＹ１００４）、陕西省自然科学基金（２０１０５Ｑ８Ｏ１５）资助
ＫｌｌＫ２２
示］。某系统输入信号ｕ和输出信号ｙ间的相对
增益定义为
｝
Ａ人
。
（１）
现代频率法，但是这两种方法都要求建立系统的精
确数学模型，因此，在实际运用中受到了一定程度
的限制。式（１）中， △ ＝Ｏ（Ａｙ＝Ｏ）表示除Ｕｉ（Ｙ）外，其他变量的值均为常数。设双输入．双输出控制系统数学模型为：

化工双输入输出时滞过程解耦PID控制器解析设计

式。与已有文献中的方法相比，本文方法设计过程
具有时滞特性的双输入输出过程在化工生产过
程中很常见，如化工生产过程中的蒸馏分离过程。
另外，很多高维多变量系统也可分解成多个双输入输
出子系统。目前，如何对这类过程实现解耦调节和控制是比较困难的课题。近来很多文献针对这类过
ｇ（）：ｏｓ
第３４卷
ｇｔｓｇ２ｓ２（）２（）
１Ｇ＋。：Ｇｃｃ
罾 “
罾
】罾罾】ｃ＋：２［
『（；３；Ｉ＋一一Ｉ气一＝一）｛＝：
【！（，Ｉ＋一一Ｉ二：＝一０） ≠ ，２
分布式控制器设计方法。文献［］９将单变量极点配置
方法
图ｌ双输入输出单位反馈控制结构
继电反馈方法调节分布式控制器。另外，通过添加动态调节因子，文献［］２直接给出了分布式ＰＤ控制器Ｉ
的设计公式。这些方法在一定程度上有效消除了系统内部耦合，进而提高了系统整体性能。但是，述上
程进行了深入研究。文献［５分别在被控过程输３— ］
简单直观，于实际工程应用。最后给出的对比仿便
真例子表明了该方法的有效性和先进性。
２解析控制器设计
入端放置静态解耦器和动态解耦器来消除系统内部耦合，然后使用单变量设计方法设计控制器。这类方
图中Ｇ）ｌ（５ｇ５是控程１，ｓＬ（ｇ ’ 被过（：ｇｓ）２（５）Ｊ）２（Ｉ ¨ ｚｇ１２

北京信息科技大学自动化专业实验三系统解耦控制

实验三系统解耦控制一、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3-1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=+ （3-1）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 （3-2）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 （3-3）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3-2，图3-2 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=+ （3-4）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 -=+Φ （3-5）3、实验题目双输入双输出单位反馈耦合系统结构图如图。

精馏模糊解耦控制系统探究

１９
精馏模糊解耦控制系统探究
圈彦彦
（郑州华信学院机电３－程学院，河南郑州，４５１１５０）
摘要：本文介绍了精馏塔的精馏工艺，分析了精馏塔塔顶和塔底温度控制回路的耦合关系，提出了模糊解耦控制应用的必要性针对精馏塔塔顶和塔底温度的控制特点，设计了一种双输入双输出模糊解耦控制系统，具体分析了系统中该模糊解耦控制
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｃｏｌｕｍｎ，ａｎｄａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｄｉｓｔｉ１ｌａｔｉｏｎｃｏｌｕｎｔｍｏｐａｎｄｂｏｔｔｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐ，ｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙｉｎｔｈｅｆｕｚｚｙ
ｆｅａｔｕｒｅｓｔｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓａｄｕａｌ —ｉｎｐｕｔｄｕａｌ — ｏｕｔｐｕｔｆｕｚｚｙｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｕｚｚｙｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｉｎｅａｃｈ１ｉｎｋ．ＩｎｔｈｅｆｕｚｚｙｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｉｍｕｌｉｎｋｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｇｅｔｓｂｅｔｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ：ｉｎｔｅｌ１ｉｇｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ：ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ：Ｓｉｍｕｌｉｎｋ

多变量解耦控制汇总

• WARNING：是“数组乘”！不是“矩阵乘”！
这个结论可推广到n×n矩阵的情况，从而得到一个由P＝K阵求λ阵的方法，其步骤为
• 1)由P＝K，求P-1＝K-1。
• 2)由P-1 ，求(P-1)T。
• 3)由λij＝pij ·(P-1)Tij可得λ矩阵。
(数组乘)
此法好处是由P直接求λ矩阵，不要计算Q，计算的困难在于求逆（可用计算机来求）。
动态解耦则要求不论在过渡过程或稳态场合，都能实现变量间的解耦。
二、相对增益及其性质
(一)相对增益的定义
表示多输入多输出过程变量之间的耦合程度。
设过程输入u=[u1，……，un]，
输出y=[y1，……，yn]，
令
pij
=
yi uj
|ur
(r
≠
j)
表示在其它输入ur(r≠j)不变(即其它回路开环)时，某一输出yi对某一输入uj的传递关系或静态放大系数，称为第一放大系数。
• 性质：相对增益矩阵中同一行(列)的元之和为1。
• 验证：以双输入双输出过程为例
只考虑静态放大系数，则有可得
• 用同样方法，依次可求得
可见，相对增益矩阵中同一列或同一行的元素之和为1。
3．间接法
不求第二放大系数，只利用第一放大系数，间接求得相对增益。
式中
设
由 PH=KH=I 解得
H=P-1=K-1
•
又令
qij =
yi uj
|yr
(r
≠
i
)
表示在其它输出yr(r≠i)不变(其它回路闭环)时，某一输出yi对某一输入uj的传递关系或静态放大系数，称为通道uj到通道yi的第二放大系数。

IMC-PID

9
d(s) + GP(s) + y(s)
r(s) +
~
G IMC ( s )
-
u(s)
1 G p ( s )G IMC ( s ) Gc ( s )
Standard feedback diagram illustrating the equivalence with IMC
GIMC ( s) 1 G p ( s)GIMC ( s)
理想控制器特性若 GIMC ( z) G p ( z) ，则
~ 1
r ( z ) 设定值扰动下 y( z) 0 外界干扰扰动下
3
零稳态偏差特性
若 G(1)1 GIMC(1) ，则IMC产生零稳态偏差。内模控制器的实现问题
● 对象含有时滞特性。
~
~
● G ( z ) 含有复单位圆外的零点。
~
反馈信号
d ( z ) d ( z ) [G ( z ) G ( z )]u( z )
~ ~
控制信号
u( z) {I GIMC( z)[G( z) G( z)]}1GIMC( z)[r ( z) d ( z)]
~
闭环输出
y( z) d ( z) G( z){I GIMC( z)[G( z) G( z)]}1GIMC( z)[r ( z) d ( z)]
kc 2 k
k ，PI参数为 s
14
I 2
带时滞内模PID设计
一阶＋纯滞后 G p ( s )
~
k p e s
ps 1
滞后时间的一阶Pade近似
e s
~
0.5s 1 0.5s 1

第七章解耦控制

(yi j ) | ur (yi j ) | yr
越大, pij与qij相差越大, 说明别的
回路的闭合与否对yi和µ控制通道影响越大, 即µ对yi的控制 j j 作用越弱。
20
相对增益与耦合程度
◆当通道的相对增益接近于1, 例如0.8<λij <1.2, 则表明其它通道对该通道的关联作用很小; 无需进行解耦系统设计。 ◆当相对增益小于零或接近于零时, 说明使用本通道调节器不能得到良好的控制效果. 或者说, 这个通道的变量选配不适当, 应重新选择. ◆当相对增益0.3＜λ＜0.7或λ＞1.5时, 则表明系统中存在着非常严重的耦合. 需要考虑进行解耦设计或采用多变量控制系统设计方法.
PC QC
h t/40 - 1 例3. P152例7-1 μ1 p0 p1 h p p2 0 p1 - p2 p1 p0 p2
p1
PT
h
DT
μ2 p1 - p2 p0 p2 p0 p1 p0 p2
p0
p2
μ1
μ2
14
2. 矩阵法由第一放大系数经过计算得到第二放大系数从而得到相对增益矩阵
y2为定值, µ 2是变化的
y1 第一放大系数 p11 u1
K11
u2
y2 K 21u1 y1 K11u1 K12 K 22
第二放大系数
相对增益
11
1 K12 K 21 1 K11 K 22
12
相对增益ij的计算，直接根据定义得
p11 K11 K 22 q11 K11 K 22 K12 K 21 p12 K12 K 21 12 q12 K12 K 21 K11 K 22 p K12 K 21 21 21 q21 K12 K 21 K11 K 22 p22 K11 K 22 22 q22 K11 K 22 K12 K 21