过程控制多变量解耦精选文档.ppt

《过程控制多变量解耦精选文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过程控制多变量解耦精选文档.ppt（46页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、过程控制多变量解耦本讲稿第一页，共四十六页多变量过程控制过程设备有很多变量需要控制，我们必须做以下的事情：1.选择必要的传感器2.选择合适的控制变量3.决定如何对被控制变量CVs和控制变量MVs进行配对多数情况下，我们采用单回路控制就能够解决问题，但有些时候只有单回路是不够的，需要更复杂的控制方案。本讲稿第二页，共四十六页多回路独立控制两种控制方案都可行的，但我们主要关注多回路控制多回路：多个独立的PID控制器集中控制本讲稿第三页，共四十六页如何设计多回路控制系统？假设已经选择好传感器和阀门，应该如何来设计多回路控制系统呢？本讲稿第四页，共四十六页重要问题几个能够帮助我们设计一个多变量控制系统

2、的几个能够帮助我们设计一个多变量控制系统的重要问题。重要问题。1.是否存在关连？如果没有关连 只是多个单回路控制问题2.有关连关连对单回路控制有怎样的影响？3.如何表示关连的强度？4.如何设计多变量多回路控制系统？本讲稿第五页，共四十六页关连具有多组MV和CV的过程与单组MV和CV的过程有什么不同？关连！关连！定义定义：对于一个多变量过程，当输入（控制）变量影响不止一个输出（被控）变量时，我们说过程中存在关连。这个过程存在关连吗？本讲稿第六页，共四十六页是否存在关连 机理建模线性化本讲稿第七页，共四十六页是否存在关连 经验建模产品质量相对于回流量的阶跃响应（固定再沸量）本讲稿第八页，共四十六页

3、经验建模（续）本讲稿第九页，共四十六页是否存在关连（续）如果模型能够排列成对角矩阵，则不存在关连任何一个非对角线位置的取值不是0，则存在关连本讲稿第十页，共四十六页多变量过程的方块图一般采用如下的方块图形式来表示22的过程动态本讲稿第十一页，共四十六页多变量过程采用单回路控制对于一个22的系统采用单回路进行控制根据 Gii(s)来设置控制器本讲稿第十二页，共四十六页采用单回路控制（续）将其中一个回路投入自动，接下来该怎么办？本讲稿第十三页，共四十六页采用单回路控制（续）如果在第二个对象投入自动的情况下对第一个对象进行阶跃响应动态测试，会出现怎样的情况呢？本讲稿第十四页，共四十六页采用单回路控制

4、（续）动态性能是否和没有控制器 Gc2(s)时相同？它与什么有关？过程随着控制器变化本讲稿第十五页，共四十六页采用单回路控制（续）通常一个回路的特性会受到关连回路的影响对每个单独的回路进行整定达到稳定，当所有回路都投运时往往会产生不稳定。我们需要反复整定每个回路，直到每个回路都得到较好的性能。本讲稿第十六页，共四十六页采用单回路控制 举例我们按照“最大增益”的原则进行配对：MV1(s)=CV1(s)，MV2(s)=CV2(s)本讲稿第十七页，共四十六页举例 Simulink仿真本讲稿第十八页，共四十六页举例 一个回路投入自动本讲稿第十九页，共四十六页举例 两个回路投入自动本讲稿第二十页，共四十

5、六页投入自动后的传递函数本讲稿第二十一页，共四十六页相对增益矩阵我们已经看到相互关连非常重要。它会影响到反馈控制是否可行，以及反馈控制的性能。那么我们是否可以对关连进行量化呢？答案是可以。我们将采用相对增益矩阵(RGA)对关连进行量化。本讲稿第二十二页，共四十六页关于RGA的主要内容nRGA的定义nRGA的计算nRGA的解释n根据RGA进行变量配对我们从这里开始本讲稿第二十三页，共四十六页相对增益的定义相对增益的定义第一放大系数第一放大系数 pij：在其它控制量 MVr(rj)均不变的前提下，MVj 对 CVi 的开环增益第二放大系数第二放大系数 qij：在利用控制回路使其它被控量 CVr(r

6、i)均不变的前提下，MVj 对CVi 的开环增益本讲稿第二十四页，共四十六页相对增益的定义（续）MVj 和 CVi 间的相对增益为 ，定义如下：本讲稿第二十五页，共四十六页相对增益矩阵本讲稿第二十六页，共四十六页关于RGA的主要内容nRGA的定义nRGA的计算nRGA的解释n根据RGA进行变量配对下面我们看看如何计算RGA本讲稿第二十七页，共四十六页相对增益计算相对增益计算 1按定义按定义稳态方程:本讲稿第二十八页，共四十六页相对增益计算相对增益计算2 利用pij求qij再求注：上述计算公式中的“”为两矩阵对应元素的相乘(点乘)！本讲稿第二十九页，共四十六页相对增益计算2（续）例如：稳态增益：

7、练习：计算11，22，33，12?其中det K 是矩阵K 的行列式；Kij是矩阵K 的代数余子式。本讲稿第三十页，共四十六页关于RGA的主要内容nRGA的定义nRGA的计算nRGA的解释n根据RGA进行变量配对怎样用RGA的值来评估回路的性质？本讲稿第三十一页，共四十六页相对增益的性质n相对增益矩阵中每行或每列的总和均为1；若相对增益矩阵中，某些元素1，则对应行与列中必然有某些元素y20 C2变量配对：用量大的操作变量控总流量；用量小的操作变量控浓度。本讲稿第三十九页，共四十六页多变量控制系统设计n经合适输入输出变量配对后，若关联不大，则可采用常规的多个PID控制器；n尽管系统稳态关联严重，但主要控制通道动态特性相差较大，则可通过调整PID参数，使各回路的工作频率拉开；n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。本讲稿第四十页，共四十六页PID控制本讲稿第四十一页，共四十六页解耦1 前馈补偿原理原理：使y1与uc2无关联；使y2与uc1无关联本讲稿第四十二页，共四十六页解耦2 对角阵解耦本讲稿第四十三页，共四十六页解耦2 对角阵（续）本讲稿第四十四页，共四十六页解耦3 单位阵本讲稿第四十五页，共四十六页解耦3 单位阵稳态解耦本讲稿第四十六页，共四十六页