过程控制系统仿真的解耦控制系统.pptx

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1、本章内容与 目录10.1 解耦控制系统 10.1.1解耦控制系统的系统特点 10.1.2 相对增益 10.1.3 比值系数计算10.2 解耦控制 10.3 综合仿真实例本章小结本章描述了过程控制系统的耦合和解耦的基本概念，介绍了解耦控制的基本特点、解耦控制系统的设计以及解耦控制系统控制器参数整定等基础知识，并通过仿真实例讲述解耦控制系统的特点、设计及整定。通过本章，读者对解耦控制的特点、解耦控制系统的能有较为全面的认识，并通过仿真深化对解耦控制的理解。第1页/共22页10.1解耦控制系统10.1.1解耦控制系统的系统特点解耦控制系统一般都是多输入多输出系统，而且输入和输出之间的关系是复杂的耦合

2、，一个输入量影响多个输出量，一个输出量受多个输入量的影响。实际被控对象不同，输入、输出之间的关系也不同。被控对象的某个输出和某个输出具有明显的“一一对应”的“依赖”性，而其他输出和输出的相互关系则很弱，可以忽略。此时的多输入多输出关系，可以简化为多个单输入单输出的单回路控制系统，而把其他的影响因素看成干扰。当多输入多输出系统中输入输出相互耦合较强时，系统不能简单地简化为多个单回路控制系统，此时应采取相应的解耦措施，之后再对系统采取适当的控制措施。多输入多输出系统中，输入和输出的耦合程度可用相对增益描述。L1输入和输出？已改L2同上？已改第2页/共22页10.1解耦控制系统L1输入和输出？已改L

3、2同上？已改10.1.2相对增益第3页/共22页10.1解耦控制系统L1输入和输出？已改L2同上？已改10.1.2相对增益第4页/共22页10.1解耦控制系统L1输入和输出？已改L2同上？已改10.1.2相对增益相对增益的确定方法主要有实验法、解析法和间接法。（1）实验法所谓实验法即是按定义求取相对增益的方法，该方法的求解完全依据定义进行。利用实验法求第一放大系数比较易于实现。求第二放大系数时，要保持某个输出变化，其他输出不变，在大多数实际系统中不可行。因此，实验法在实际使用中有较大困难，甚至在实际的过程对象中难以进行。（2）解析法解析法是基于被控过程的工作原理，通过对输入、输出数学关系的变换

4、和推导，求得相对增益的方法。（3）间接法上述实验法在实际使用中受到限制，难于实际应用。解析法由于计算量较大，在使用中，显得较为烦琐，而间接法是通过相对增益与第一放大系数的关系，利用第一放大系数求得相对增益的方法，相对较为实用。第5页/共22页10.1解耦控制系统L1输入和输出？已改L2同上？已改10.1.2相对增益第6页/共22页10.2.1解耦控制系统分类及解耦方法10.2.2解耦控制方案10.2.3解耦控制中的问题10.2解耦控制系统设计10.2.1解耦控制系统分类及解耦方法第7页/共22页10.2解耦控制系统设计10.2.1解耦控制系统分类及解耦方法第8页/共22页10.2解耦控制系统设

5、计10.2.2解耦控制方案1利用前馈设计补偿器第9页/共22页10.2解耦控制系统设计10.2.2解耦控制方案2利用反馈设计补偿器两种形式效果相同，后续分析仅针对第一种形式。第10页/共22页10.2解耦控制系统设计10.2.2解耦控制方案3对角矩阵解偶法第11页/共22页10.2解耦控制系统设计10.2.2解耦控制方案4单位矩阵解偶法单位矩阵解耦法是对角矩阵解耦法的一种特例使解耦矩阵与对象特征矩阵乘积所构成的广义对象矩阵成为单位矩阵，从而实现系统解耦，即：解耦补偿矩阵为：第12页/共22页10.2解耦控制系统设计10.2.3解耦控制中的问题第13页/共22页10.2解耦控制系统设计10.2.

6、3解耦控制中的问题2部分解耦问题第14页/共22页10.2解耦控制系统设计10.2.3解耦控制中的问题3.解耦系统的简化一般情况下，解耦补偿器要比一般控制器复杂得多，尤其是过程传递函数越复杂，阶数越高，则解耦补偿器的越复杂，实现越困难。在实际应用中，由于系统的时变性和不确定性等原因很难辨识得到系统的精确传递函数，所以，复杂的解耦补偿控制器并不一定非常实用。设计中往往希望所设计的解耦控制器既能简化解耦控制器的结构，又能实现系统的控制要求。根据控制理论，过程的简化主要考虑以下几方面：（1）具备主导极点的系统，用该主导极点代表的环节近似代替高阶系统。这样可降低过程模型阶数；（2）如果几个时间常数的值

7、相近，也可取同一值代替，这样可以简化补偿器结构，便于实现系统调节器设计；（3）用静态解耦代替动态解耦，简化补偿器结构。第15页/共22页10.3.1 前馈补偿解耦控制 10.3.2 反馈补偿解耦控制 10.3.3 对角阵解耦控制 10.3.4 参数摄动对系统影响仿真10.3综合仿真实例10.3.1前馈补偿解耦控制(具体内容请参阅教材)第16页/共22页10.3综合仿真实例10.3.2反馈补偿解耦控制(具体内容请参阅教材)第17页/共22页10.3综合仿真实例10.3.3对角阵解耦控制(具体内容请参阅教材)第18页/共22页10.3综合仿真实例10.3.3对角阵解耦控制(具体内容请参阅教材)第1

8、9页/共22页10.3综合仿真实例10.3.4参数摄动对系统影响仿真(具体内容请参阅教材)(具体内容请参阅教材)(具体内容请参阅教材)第20页/共22页本章小结本章主要讲述了解耦控制系统的基本理论、设计方法和仿真方法：（1）解耦控制系统的基本理论首先利用实例说明了耦合的概念，从中也可以看出耦合控制与其他控制方法的不同。其次讲述了解耦控制中的重要概念相对增益，涉及到相对增益的基本概念，相对增益的各种求解方法，以及相对增益的性质。相对增益是解耦控制的重要概念，利用系统的相对增益矩阵可以进行解耦控制系统设计。（2）解耦控制系统的设计本部分系统首先讲述了解耦控制系统的分类，并根据系统分类提出了系统解耦的三个层次的方法。其次系统讲述了解耦控制系统设计方案，包括利用前馈实现解耦的控制系统方案、利用反馈实现解耦的控制系统方案、利用对角矩阵实现解耦的控制系统方案、利用单位矩阵实现解耦的控制系统方案。最后讲述了解耦控制中的稳定性问题、部分解耦问题以及解耦系统简化。（3）解耦控制系统的仿真对各种解耦控制系统进行了详尽仿真分析和对比，并对参数摄动进行了仿真分析。第21页/共22页感谢您的观看！第22页/共22页