第八章 多变量解耦控制系统
过程控制系统-多变量解耦控制系统!!
Y2
解耦器N（S）
二输入二输出解耦系统 Y (s) G p (s)U (s) U ( s) N ( s)Uc ( s)
Y ( s) G p ( s) N ( s)Uc ( s)
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若是对角阵，则 可实现完全解耦
15
解耦控制设计的主要任务是解除控制回路或系统 变量之间的耦合。 解耦设计可分为完全解耦和部分解耦。
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22
U1 (s)
G11 ( s )
G21 (s)
Y1 ( s)
G12 (s)
U 2 (s)
G22 ( s)
Y2 ( s )
G11 ( s) G12 ( s) 开环系统的传递函数为 Go ( s) G ( s ) G ( s ) 22 21 1/4/2016
8
闭环控制系统
R1 ( s )
Y1 ( s) G p11 ( s) Y ( s) 0 2
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U c1 ( s) U ( s ) G p 22 ( s) c2 0
20
R1
R2
Gc1 ( s ) Gc 2 ( s )
U c1
Uc2
Gp11(s) Gp22(s)
Y 1 Y2
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第四节 解耦控制系统设计
在耦合非常严重的情况下，最有效的方法是采用 多变量系统的解耦设计。
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R1
Gc ( s ) Gc1 ( s )
U c1
N ( s)
N 11 N 21 N12
U1
G p (s)
Y1
R2
过程控制系统多变量解耦控制系统
过程控制系统多变量解耦控制系统过程控制系统多变量解耦控制系统（Multivariable Decoupling Control System）是一种能够同时控制多个相关变量的控制系统。
在传统的控制系统中，通常只有一个控制回路，而多变量解耦控制系统则可以通过多个回路同时对多个变量进行控制，从而实现变量之间的解耦。
在实际的工程应用中，往往需要控制多个相关的变量。
这些变量之间可能存在交互作用，控制其中一个变量可能会对其他变量产生影响。
传统的单变量控制系统无法有效地解决这个问题，因为它们无法考虑到变量之间的相互关系。
多变量解耦控制系统通过建立多个独立的控制回路，每个回路分别控制一个相关变量，从而实现变量之间的解耦。
解耦的目标是使每个回路的输出变量不再受到其他变量的影响，即通过调整每个回路的控制器参数，使得系统变得稳定并能够达到预期的控制效果。
多变量解耦控制系统的设计一般包括两个主要步骤：解耦器设计和控制器设计。
解耦器的作用是抑制变量之间的相互干扰，从而实现变量的解耦。
解耦器通常根据系统的数学模型来设计，通过调整解耦器的参数，可以实现变量之间的解耦效果。
在解耦器设计的基础上，需要设计每个回路的控制器。
控制器的设计一般采用传统的控制方法，如PID控制器或者先进的控制算法。
控制器的目标是为每个回路选择合适的控制参数，使得系统的稳定性和控制精度得到保证。
多变量解耦控制系统在实际应用中具有广泛的应用。
例如，在化工过程中，需要控制多个过程变量，如温度、压力和流量等。
传统的单变量控制方法无法满足工艺的需求，而多变量解耦控制系统可以通过解耦变量之间的相互作用，实现高效的过程控制。
总之，多变量解耦控制系统是一种用于控制多个相关变量的控制系统。
它通过建立多个独立的控制回路，实现变量之间的解耦，并通过调整控制器参数，使得系统达到稳定和预期的控制效果。
在工程应用中，多变量解耦控制系统具有广泛的应用前景，可以提高工艺的控制精度和稳定性，从而实现更高效的过程控制。
多变量解耦控制
W1和W2所代表的调节器的参数分别 与两个通道都有关系，因此是相互关联的，不 能如单回路控制那样有简单的整定方法。为了 解决这个问题，可分成三种情况： 1)W12(s)＝W21(s)=0，表示过程无耦 合，可按单回路控制方法独立整定调节器参数 。对有耦合过程可采取解耦措施来满足这一条
2)在耦合过程中，如果某个输出(比 如y2)的响应速度很快，即很快达到稳态，此时 可 忽 略 (u2 y2) 通 道 对 别 的 通 道 的 耦 合 ， 即 W12(s)＝0，这样通道(u1 y1)就成为无耦合过程 ，可单独整定参数，而耦合通道调节器参数的整 定也大大简化。 3)对不能简化而又未解耦的耦合过程 ，只能在简化设计的初步设定参数的基础上，通 过凑试法来调整并最终确定调节器参数。
• 例4—4 三种流体的混合过程。阀门V1控制100℃ 的原料1的流量，开度为u1 。阀门V2控制200℃的 原料2的流量，开度为u2 ，阀门V3控制100℃的原 料3的流量，开度为u3，设三个通道配置相同，阀 门为线性阀，三种原料热容C也相同，即有KV1 ＝ KV2 ＝KV3=1，C1 ＝C2 ＝C3=1。被控参数是混合后流 体的温度(热量)和总流量。试选择合理的控制通 道。
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。
• 又令
yi qij = |yr (r ≠ i) uj
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。
Y(s)=Wo(s)U(s)
U(s) Wo(s)
Y(s)
Y——输出向量(n×1)； U——输入向量(n×1)；
第八章 解耦控制
3
控制系统之间的耦合（关联）程度可用传递函数矩阵表示。 控制系统之间的耦合（关联）程度可用传递函数矩阵表示。
Y( s ) = G ( s ) U( s )
Y1 (s) G 11 (s) G 12 (s) U1 (s) Y (s) = G (s) G (s) U (s) 22 2 21 2
确定各变量之间耦合程度的分析方法有直接法和相对增 确定各变量之间耦合程度的分析方法有直接法和相对增 益法。直接法是采用解析法得到各变量之间的传递函数 益法。直接法是采用解析法得到各变量之间的传递函数 关系，从而确定过程中每个变量相对每个控制作用的耦 关系， 合程度。相对增益法是一种通用的耦合特性分析工具， 合程度。相对增益法是一种通用的耦合特性分析工具， 通过相对增益矩阵，不仅可以确定变量之间的耦合程度， 通过相对增益矩阵，不仅可以确定变量之间的耦合程度， 相对增益矩阵 并且以此去设计解耦控制系统。 并且以此去设计解耦控制系统。
同理
u2
= k11
= k 21，p22 = ∂y2 ∂u2 = k 22
7
p12 =
∂y1 ∂u2
u1
= k12，p21 =
∂y2 ∂u1
u2
u1
第二增益系数 qij 输入 u j 对输出 yi 的第二增益系数指其它控制回路 均为闭环（ Y ( s) = 0, k ≠ j ） 该通道的增益，用
k
∂yi qij = ∂u j
17
v22
vn 2
消除和减弱耦合的方法
（1）被控变量（输出变量）与操纵变量（输入变量） ）被控变量（输出变量）与操纵变量（输入变量） 间的正确匹配 若相对增益矩阵为单位阵，则表明过程通道之间没 有静态耦合，系统的每一个通道均可以构成单回路控制。 如果控制系统的相对增益矩阵中有一个相对增益
《多变量控制系统》课件
传递函数模型
1
传递函数模型是多变量控制系统的一种数学描述 方法，它通过传递函数来描述系统输入与输出之 间的关系。
2
传递函数通常表示为有理分式函数，通过系统元 件的传递函数和连接方式来构建整个系统的传递 函数。
3
传递函数模型可以用于分析系统的稳定性、频率 响应等特性，并用于控制系统设计和分析。
性能测试与评估
通过实验测试控制系统的性能，并进行评估 和比较。
性能改进建议
根据性能评估结果，提出性能改进建议，以变量控制系统
contents
目录
• 多变量控制系统概述 • 多变量控制系统的数学模型 • 多变量控制系统的稳定性分析 • 多变量控制系统的设计 • 多变量控制系统的实现 • 多变量控制系统的仿真与优化
01
多变量控制系统概述
多变量控制系统概述
• 请输入您的内容
02
多变量控制系统的数学模 型
状态空间模型
01
02
03
电动执行器
通过电机驱动，具有快速 响应和较高精度，适用于 需要精确控制的应用。
气动执行器
通过压缩气体驱动，具有 防爆、防火等优点，适用 于工业控制领域。
液压执行器
通过液压油驱动，具有较 大的输出力和较高的稳定 性，适用于重型设备和大 型系统。
传感器的选择与实现
温度传感器
用于测量温度，常用的 有热电阻和热电偶等。
压力传感器
用于测量压力，常用的 有应变片和压电晶体等 。
流量传感器
用于测量流量，常用的 有涡街流量计和差压流 量计等。
06
多变量控制系统的仿真与 优化
控制系统仿真
仿真模型建立
根据实际系统建立数学模型，包括系统动态方程、控 制策略等。
多变量解耦控制.
如何利用RGA 进行变量配对？
根据RGA进行变量配对
变量配对
ij
CVi MV j
MVr
CVi MV j
CVr
CVi MV j
其它回路开环
CVi MV j
其它回路闭环
不能选择 ij 0 的变量配对 不能选择 ij 0的变量配对
应该选择 ij 最接近1的变量配对
变量配对举例（调和过程）
相对增益计算＃2（续）
ij
kij
K ij det
其中det K 是矩阵K 的行列式； Kij是矩阵K 的代数余子式。
例如：稳态增益：
k11 k21
k12 k 22
k13
k
23
k31 k32 k33
练习：计算λ11 ， λ22 ，λ33 ，λ12 ?
关于RGA的主要内容
RGA的定义
若系统稳态关联严重，而且动态特性相近， 则需要进行解耦设计。
PID控制
解耦＃1 —— 前馈补偿
r1
uc1 Gc1(s)
u1 D21(s)
G11(s)
y1
G21(s)
r2
Gc2(s)
uc2
D12(s) u2
G12(s)
G22(s)
y2
原理：使y1与uc2无关联；使y2与uc1无关联
Q1, C1
AC
调和罐
Q2, C2
Q, C
y1 y2
Q C
,
u1 u2
Q1 Q2
FC
y1 u1 u2
y2
C1u1 C2u2 u1 u2
变量配对举例（续）
1. 计算静态增益：
yy21
K11u1 K21u1
多变量解耦控制方法
多变量解耦控制方法随着被控系统越来越复杂，如不确定性、多干扰、非线性、滞后、非最小相位等，需要控制的变量往往不只一个，且多个变量之间相互关联，即耦合，传统的单变量控制系统设计方法显然无法满足要求，工程中常常引入多变量的解耦设计．．．．．．．．。
其思想早在控制科学发展初期就已形成，其实质是通过对一个具有耦合的多输入多输出控制系统，配以适当的补偿器，将耦合程度限制在一定程度或解耦为多个独立的单输入单输出系统。
其发展主要以Morgan于1964年提出的基于精确对消的全解耦状态空间法．．．．．．．．及Rosenbrock于20世纪60年代提出的基于对角优势化的现代频率法．．．．．为代表，但这两种方法都要求被控该方法是将补偿器逐个串入回路构成反馈，易于编程实现。
从解耦的角度看，类似三角解耦，但其补偿器的确定方法并不明确，不能实现完全解耦。
4)奇异值分解法包括奇异值带域法和逆结构正则化法。
主要是先绘制开环传递函数的奇异值图，采用主增益、主相位分析法，或者广义奈氏定理来确定主带域与临界点的关系，从而判别系统的鲁棒稳定性，特别适于无法特征分解或并矢分解的系统。
它是近年来普遍使用的方法之一。
此外，还有一些比较成功的频率方法，包括相对增益法、逆曲线法、特征曲线分析法。
以上解耦方法中，补偿器严重依赖被控对象的精确建模，在现代的工业生产中不具有适应性，难以保证控制过程品质，甚至导致系统不稳定。
即使采用这些方法进行部分解耦或者单向解耦，也不能实现完全解耦，而且辅助设计的工作量很大，不易实现动态解耦。
1.2自适应解耦控制的解耦、控制和辨识结合起来，以此实现参数未知或时变系统的在线精确解耦控制。
它的实质是．．．．．将耦合项视为可测干扰，采用自校正前馈控制的方法，对耦合进行动、静态补偿，对补偿器的参数进行寻优。
它是智能解耦理论的基础，适于时变对象。
对于最小相位系统，自适应解耦控制采用最小方差．．．．控．制律．．可以抑制交联，对于非最小相位系统，它可采用广义最小方差控制律，只要性能指标函数中含有耦合项，就可达到消除耦合的目的，但需求解Diophantine方法，得到的解往往是最小二乘解。
第8章YANG复杂过程控制系统
为了方便研究将被 控制对象的特性分 为静态和动态两部 分，以下解耦方法 主要研究系统的静 态特性！
耦合程度的度量方法
1)第一放大系数——开环增益
u1
K11 g11
K 21 g 21 K12 g12
y1 k11 u1
u2 const
K 22 g 22
各个系统处于开环状态，此时给u1加入扰动则y1和y2都发生 变化，则相应的变化增益为 yi Kij |uk const ,k 1,2 n,k j u j
则 GD (s) G0 (s)diagg Pii (s)
1
即
GD (s) G0 (s)diagg Pii (s)
1
1 adjG0 ( s)diagg Pii ( s) G0 ( s)
0 g022 (s) g012 (s) g P11 (s) 0 g ( s) g ( s) g ( s ) 011 P 22 021 g011 (s) g022 (s) g012 (s) g021 (s)
T2C输出 T1C输出 T2
Qs
T1 T 进料F 精 馏 塔
T1 C
回流罐
回流QL
塔顶产品QD
T2 C
T2 T
回流量QL T1
蒸汽QS
u2
再沸器
塔底产品QW
精馏塔温度控制系统
实例3：流量与 压力耦合控制
干扰使压力升高→通过调 节→开大阀1的开度，增加 旁路回流量，减小排出量， 迫使压力回到给定值上； 同时，压力的升高→调节 阀2前后的压差增大，导致 流量增大。 此时，通过流量控制回 路，关小调节阀2的阀门开 度，迫使阀后流量回到给定 值上。由于阀后流量的减小 又将引起阀前压力的增加。 结果导致系统无法工作。
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
21
(s)
Gp11(s)Gp22 (s)
G
p11
(
s)G
p
22
(s)
G
p12
(
s)G
p
21
(s)
29
3.解耦控制系统设计
R1
Gc1(s) Uc1 Gp11(s) Y1
《解耦控制系统》课件
绿色化：解耦控制系统将更加绿色化，能够 实现节能减排和环保要求
安全性：解耦控制系统将更加安全性，能够 实现故障诊断和预警功能
标准化：解耦控制系统将更加标准化，能够 实现不同厂家产品的互操作性
技术挑战：如何实现更高效、 更精确的解耦控制
应用挑战：如何将解耦控制系 统应用于更多领域
市场机遇：随着智能化、自动 化的发展，解耦控制系统的市 场需求将不断增加
解耦控制系统
汇报人：PPT
目录
添加目录标题
解耦控制系统的基 本概念
解耦控制系统的设 计方法
解耦控制系统的实 现过程
解耦控制系统的优 缺点分析
解耦控制系统的未 来发展与展望
添加章节标题
解耦控制系统的基 本概念
解耦控制系统是一种能够将多个输入信号分离，并分别控制各个输出信号的控制系统。 解耦控制系统的主要目的是实现多个输入信号的独立控制，避免相互干扰。 解耦控制系统通常包括解耦器、控制器和执行器等部分。 解耦控制系统的应用广泛，如工业自动化、航空航天、机器人等领域。
其他控制系统 的缺点：无法 有效消除耦合 效应，系统的 稳定性和准确
性较差
解耦控制系统的未 来发展与展望
智能化：解耦控制系统将更加智能化，能够 自动识别和控制各种复杂工况
网络化：解耦控制系统将更加网络化，能够 实现远程监控和诊断
集成化：解耦控制系统将更加集成化，能够 实现多种功能的集成和协同工作
优点：能够实现系统的解耦， 提高系统的稳定性和性能
解耦控制系统的设计方法：参数优化解耦控制 参数优化解耦控制的原理：通过调整系统参数，实现系统的解耦控制 参数优化解耦控制的步骤：确定系统参数、优化参数、实现解耦控制 参数优化解耦控制的应用：在电力系统、自动化控制等领域有广泛应用
解耦控制系统PPT课件模板
解耦控制系统的未来发展方向
智能化解耦控制
多目标优化解耦控制
利用人工智能和机器学习技术，实现自适 应、自学习的解耦控制策略。
研究如何同时优化多个性能指标，实现更 全面的系统性能提升。
网络化解耦控制
鲁棒性解耦控制
针对网络化控制系统，研究如何实现有效 的解耦控制策略。
多变量系统问题
在许多实际工业过程中，系统常常存在多个输入和输出变量，这些变量之间可 能存在耦合关系，导致系统难以控制。解耦控制系统旨在解决这一问题。
解耦控制系统的定义
控制策略
解耦控制系统是一种通过某种控制策 略，使得多变量系统中的各个变量之 间尽可能减少耦合关系的控制系统。
目的
解耦控制系统的目的是提高系统的可 控制性和可观测性，使得各个输出变 量能够独立地被控制，从而更好地实 现系统的性能优化和稳定运行。
06
结论
解耦控制系统的重要性和意义
提高系统性能 解耦控制系统能够将耦合的多个 过程或子系统进行解耦，从而提 高每个子系统的性能和稳定性。
增强系统可靠性 解耦控制系统能够降低子系统之 间的耦合程度，减少系统故障的 传播和扩散，统的设计能够简化系 统结构，降低系统复杂性和控制 难度，提高系统的可维护性和可 扩展性。
详细描述
在能源领域中，解耦控制系统主要用于控制各种能源设备和系统，如风力发电、太阳能发电、火力发电等。通过 解耦控制技术，可以实现能源设备的快速响应和精确控制，提高能源的产出和利用率，降低能耗和环境污染。
04
解耦控制系统的优势与挑战
解耦控制系统的优势
提高系统性能
解耦控制系统能够将复杂系统 分解为多个独立的子系统，从
第八章 多变量解耦控制系统
第八章多变量解耦控制系统
⏹本章提要
1.多变量解耦系统的概述
2.相对增益
3.耦合系统中的变量配对与调节器参数整定
4.解耦控制系统设计
5.解耦控制系统实施中的有关问题
⏹授课内容
多变量解耦控制系统的概述
✧无耦合过程-----在一个多变量的控制系统中，一个被控变量只受一个控
制变量影响的过程。
✧解耦控制系统-----当多变量过程中的几个控制量同时对几个被控量有严
重影响时，应采用解耦控制，使各系统成为独立的控制回路，这样的控制
系统就是解耦控制系统。
例：火力发电厂中的锅炉就是一种多输入、多输出的典型过程。
其中每个被控量都同时受到几个控制量的影响，而每个控制量都能同时影响几个被控制量。
对于多变量控制系统的耦合，有的可以通过被控量与控制量之间的适当配对或重新整定调节器参数的方法来处理。
对于相互关联严重的过程，目前一般采用设计解耦装置来解除其耦合关系。
相对增益(相对放大系数)是度量耦合程度的一种方法，可用它来确定系统之间的相关程度和耦合性质。
一般用一个矩阵表示。
8－１。
多变量解耦控制方法
多变量解耦控制方法随着被控系统越来越复杂，如不确定性、多干扰、非线性、滞后、非最小相位等，需要控制的变量往往不只一个，且多个变量之间相互关联，即耦合，传统的单变量控制系统设计方法显然无法满足要求，工程中常常引入多变量的解耦设计．．．．．．．．。
其思想早在控制科学发展初期就已形成,其实质是通过对一个具有耦合的多输入多输出控制系统，配以适当的补偿器，将耦合程度限制在一定程度或解耦为多个独立的单输入单输出系统。
其发展主要以Morgan于1964年提出的基于精确对消的全解耦状态空间法．．．．．．．．及Rosenbrock于20世纪60年代提出的基于对角优势化的现代频率法．．．．．为代表，但这两种方法都要求被控对象精确建模，在应用上受到一定的限制。
近年来,随着控制理论的发展，如特征结构配置解耦、自校正解耦、线性二次型解耦、奇异摄动解耦、自适应解耦、智能解耦、模糊解耦等等.解耦控制一直是一个充满活力、富有挑战性的问题。
本文针对解耦方法进行了概述，并分析了其应用现状.一、解耦控制的现状及问题1.1 传统解耦控制传统解耦方法包括前置补偿法和现代频率法。
前者包括矩阵求逆解耦、不变性解耦和逆向解耦；后者包括时域方法，其核心和基础是对角优势，奈氏(Nyquist）稳定判据是其理论基础，比较适合于线性定常MIMO系统.主要包括：1）逆奈氏阵列法逆奈氏阵列法是对控制对象进行预先补偿,使传统函数的逆成为具有对角优势和正规性的矩阵。
由于正规阵特征值对摄动不敏感，因而有较强的鲁棒性，其应用广泛。
当然，当正规阵的上（下)三角元素明显大于下（上）三角元素时,可采用非平衡补偿法进行修正来提高鲁棒性，同时由于利用逆奈氏判据选择反馈增益时并不能保证闭环传递函数本身的对角优势，因此需反复调整补偿器的参数,使设计结果真正符合对角优势。
2）特征轨迹法特征轨迹法是一种分析MIMO系统性态的精确方法.当采用其中的增益平衡法和特征向量配正法对补偿器进行近似处理时，其精确性难以得到保证，因而工程应用有限。
计算机控制系统(第2版)何克忠第八章
第8章复杂规律计算机控制系统的设计8.1串级控制图8.1原料气加热炉出口温度控制系统的结构图8.2燃料油的压力控制图8.3出口原料气温度串级控制系统计算机控制系统(第2版)图8.4原料气加热炉串级控制系统方框图8.1.2串级控制系统的特点1. 减小副控对象的等效时间常数图8.5串级控制系统的方框图2. 提高系统的工作频率图8.6单回路控制系统3. 提高了抑制二次扰动的能力图8.7串级控制系统的等效方框图计算机控制系统(第2版)图8.8同等条件时的单回路控制系统4. 对负荷变化的适应能力提高8.1.3串级控制系统的应用范围1. 用来抑制控制系统的扰动2. 用来克服对象的纯滞后图8.9串级控制克服容量滞后3. 用来减小对象的非线性影响8.1.4计算机串级控制系统图8.10计算机串级控制系统1. 主控和副控回路采样周期相同（同步采样）计算机控制系统(第2版)图8.11串级控制系统的算法流程图2. 主控和副控回路采样周期不同（异步采样）计算机控制系统(第2版)图8.12异步采样调节的算法流程图8.1.5串级控制系统的设计原则8.1.6串级主控和副控调节器的选择图8.13副控调节回路8.1.7副控回路微分先行串级控制系统图8.14副控回路微分先行串级控制系统计算机控制系统(第2版)图8.15副控回路微分先行串级控制的算法流程图8.1.8多回路串级控制系统图8.16多回路串级控制系统计算机控制系统(第2版) 8.2前馈控制8.2.1前馈控制的工作原理图8.17负反馈控制系统图8.18原料气加热炉前馈控制系统图8.19前馈控制的通道结构图8.20前馈控制系统的输出特性计算机控制系统(第2版)8.2.2前馈控制的类型1. 静态前馈控制图8.21静态前馈控制的结构图8.22原料气加热炉静态前馈控制系统2. 动态前馈控制图8.23动态前馈控制的结构计算机控制系统(第2版)图8.24τ1=τ2时动态前馈控制图8.25τ1≠τ2时动态前馈控制图8.26原料气加热炉动态前馈控制3. 前馈反馈控制计算机控制系统(第2版)图8.27原料气加热炉前馈反馈控制图8.28典型的前馈反馈控制系统图8.29前馈反馈控制系统的另一种结构4. 前馈串级控制图8.30典型的前馈串级控制系统图8.31不同控制类型对控制性能的影响8.2.3计算机前馈控制图8.32前馈控制的方框图图8.33计算机前馈反馈控制系统的方框图图8.34数字调节器方框图图8.35前馈反馈控制算法流程图8.2.4多变量前馈控制图8.36多输入多输图8.37多变量前馈控制图8.38多变量前馈多变量反馈控制系统图8.39精馏塔多变量前馈控制系统8.2.6前馈调节器参数的整定1. 静态前馈系数的整定图8.40开环整定时系统的方框图图8.41闭环整定时系统的方框图图8.42前馈反馈整定时系统的方框图图8.43Kf对控制性能的影响2. 动态前馈调节器参数的整定8.3纯滞后对象的控制8.3.1大林算法1. 大林算法的设计要点图8.44纯滞后对象的计算机控制系统2. 带纯滞后一阶惯性对象的大林算法图8.45数字调节器的振铃现象8.3.2纯滞后补偿控制1. 纯滞后补偿控制原理图8.46纯滞后对象的负反馈控制图8.47纯滞后补偿控制系统图8.48图8.47的等效图图8.49纯滞后补偿系统的输出特性2. 纯滞后补偿器的计算机实现图8.50计算机实现的纯滞后补偿控制系统图8.51纯滞后补偿器(一)图8.52纯滞后补偿器（二）3. 纯滞后信号的产生图8.53存储单元法产生纯滞后信号图8.54二项式近似的纯滞后补偿器图8.55二阶多项式近似的纯滞后补偿器4. 纯滞后补偿控制系统图8.56减温器纯滞后补偿控制系统图8.57减温器纯滞后补偿控制系统的方框图图8.58纯滞后补偿控制改善控制性能图8.59精馏塔带纯滞后补偿的串级控制图8.60精馏塔带纯滞后补偿的串级控制方框图图8.61精馏塔提馏级温度控制特性5. 纯滞后数字补偿控制的算法原理图8.62纯滞后补偿PID控制系统图8.63纯滞后补偿PID控制的算法流程图8.4多变量解耦控制图8.64发电厂锅炉系统示意图8.4.1解耦控制原理图8.65精馏塔两端组分控制图8.66精馏塔组分的耦合关系图8.67解耦控制原理图8.68组分解耦控制系统的等效图图8.69多变量解耦控制系统8.4.2多变量解耦控制的综合方法1. 对角线矩阵综合法图8.70对角线矩阵解耦控制算法流程图2. 单位矩阵综合法3. 前馈补偿综合法图8.71单位矩阵解耦控制系统等效方框图图8.72前馈补偿解耦控制系统方框图8.4.3计算机多变量解耦控制图8.73计算机多变量解耦控制系统方框图8.4.4计算机多变量解耦控制举例1. 裂解炉的工艺流程图8.74乙烯装置裂解炉的工艺流程图图8.75裂解炉的单回路温度控制系统图8.76裂解炉多变量解耦控制系统2. 裂解炉的温度解耦控制3. 裂解炉的解耦矩阵图8.77精馏塔的解耦控制系统图8.78精馏塔解耦控制效果(一图8.79精馏塔前馈解耦效果(二图8.80造纸机的两个耦合系统图8.81计算机解耦和手工操作控制性能的比较8.5其他复杂规律控制系统的简介8.5.1比值控制1. 单闭环比值控制系统图8.82单闭环比值计算机控制系统2. 双闭环比值控制系统图8.83双闭环计算机比值控制系统3. 变比值控制图8.84串级变化比值计算机控制系统8.5.2均匀控制图8.85串级均匀控制示意图图8.86A、B塔的液位h(t)、流量q(t)变化曲线图8.87串级均匀计算机控制系统8.5.3分程控制图8.88热交换器分程控制系统图8.89热交换器计算机分程控制的方框图8.5.4自动选择性控制1. 被调参数的选择性控制图8.90液氨蒸发器控制系统图8.91液氨蒸发器自动选择性控制的方框图2. 测量信号选择性控制图8.92反应器峰值温度自动选择性控制系统图8.93反应器峰值温度自动选择性控制的方框图8.6练习题。
第八章 多变量控制系统
3. 被控量： a.输出物流量q b.物质A在输出物中的百分比含量X
8.2 相对增益
FC FT
8.2.5 相对增益的求取方法_实验法
qA
4. 实验法求取11的分子a11
qB
混合器
q
X AT
AC
1) 变量配对：qA与q、qB与X分别构成回路。
1 q'
q q' q
q'
q' q
q
采用上述实验法求取相对增益阵，对于正在运行的系统可能存在一定的影响。 若被控过程的机理比较清楚时，也可利用解析法来求取相对增益阵。
8.2 相对增益
8.2.5 相对增益的求取方法_解析法
事例：对上述的混合搅拌器耦合系统，通过对其工艺过程分析得到：
q qA qB x qA qA
y2
Rn
Mn
Wcn
yn
-
..
解耦网络接在调节器之前
解耦网络模型不但与对象特性有关，还取决于控制器的控制特性。 因其结构复杂，故较少使用。
8.1 概述
8.1.4 解耦网络接入方式
b. 解耦网络和控制器结合在一起
R1 -
R2
-
..
Wc (s)
M1
y1
M2
y2
..
W o ( s ) ..
Rn
Mn
yn
-
..
11
q q A
xc
q q A
8.2 相对增益
8.2.5 相对增益的求取方法_实验法
6. 由实验结果求取相对增益值11
q
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第八章多变量解耦控制系统
⏹本章提要
1.多变量解耦系统的概述
2.相对增益
3.耦合系统中的变量配对与调节器参数整定
4.解耦控制系统设计
5.解耦控制系统实施中的有关问题
⏹授课内容
➢多变量解耦控制系统的概述
✧无耦合过程-----在一个多变量的控制系统中，一个被控变量只受一个控
制变量影响的过程。
✧解耦控制系统-----当多变量过程中的几个控制量同时对几个被控量有严
重影响时，应采用解耦控制，使各系统成为独立的控制回路，这样的控制
系统就是解耦控制系统。
例：火力发电厂中的锅炉就是一种多输入、多输出的典型过程。
其中每个被控量都同时受到几个控制量的影响，而每个控制量都能同时影响几个被控制量。
对于多变量控制系统的耦合，有的可以通过被控量与控制量之间的适当配对或重新整定调节器参数的方法来处理。
对于相互关联严重的过程，目前一般采用设计解耦装置来解除其耦合关系。
➢相对增益(相对放大系数)是度量耦合程度的一种方法，可用它来确定系统之间的相关程度和耦合性质。
一般用一个矩阵表示。
8－１。