解耦控制新版系统仿真.doc

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1、 综合性设计型实验报告系别：化工机械系 班级：10级自动化（2）班 第 一 学期学号姓名 李忠坪指引教师 王淑钦课程名称 综合性设计型实验实验名称解耦控制系统仿真研究实验类型设计性实验地点实验时间.12.16-.12.27实验内容：（简述）1、 针对拟定双输入双输出控制对象模型，进行多变量控制系统耦合限度分析，计算相对增益，拟定变量配对。2、 设计解耦控制器。3、 运用MATLAB simulink软件进行对象仿真研究，涉及建立仿真框图和进行控制系统仿真，得出仿真成果曲线。4、针对以上仿真成果进行比较分析，理解解耦控制器设计意义和过程。5、运用MATLAB simulink软件进行控制系统仿真

2、研究，涉及建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真成果曲线。实验目与规定：1、掌握解耦控制基本原理和实现办法。2、学习运用模仿电路实现解耦控制及实验分析。设计思路：（设计原理、设计方案及流程等）1、查阅资料拟定一双输入双输出控制对象模型，分析多变量控制系统耦合限度分析，计算相对增益，拟定变量配对。2、设计解耦控制器。3、运用MATLAB simulink软件进行对象仿真研究，涉及建立仿真框图和进行控制系统仿真，得出仿真成果曲线。 A、先完毕不存在耦合时仿真框图建立并得出仿真成果。 B、完毕系统耦合时仿真框图建立并得出仿真成果。 C、进行解耦控制仿真框图建立并得出仿真成果。4、针对以上仿

3、真成果进行比较分析，理解解耦控制器设计意义和过程。5、运用MATLAB simulink软件进行控制系统仿真研究，涉及建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真成果曲线。 A、针对单回路系统（无耦合）系统进行控制系统仿真框图建立，得出仿真成果。 B、针对解耦之后双输入双输出系统进行控制系统系统仿真框图建立，得出仿真成果。C、对以上仿真成果进行分析。核心技术分析：1、耦合分析采用相对增益法，先计算第一放大系数，再由第一放大系数直接计算第二放大系数，从而得到相对增益矩阵。2、 选用最佳变量配对选用恰当变量配对关系，也可以减少系统耦合限度。3、 解耦设计在耦合非常严重状况下，最有效办法是采用多

4、变量系统解耦设计。解耦控制设计重要任务是解除控制回路或系统变量之间耦合。4、 仿真研究 运用MATLAB simulink软件进行仿真研究，涉及建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真成果曲线，并对曲线进行比较分析。实验过程：（涉及重要环节、成果简介、代码分析、实验分析等）针对常用精馏塔温度控制系统，描述系统输入输出传递函数表达为：-，其她参数不变，试运用对角阵解耦办法实现系统过程控制。（1）求系统相对增益以及系统耦合分析由式得系统静态放大系数矩阵为即系统第一放大系数矩阵为：系统相对增益矩阵为：。 由相对增益矩阵可以得知，控制系统输入、输出配对选取是对的；通道间存在较强互相耦合，应对系

5、统进行解耦分析。系统输入、输出构造如下图所示 （2）拟定解耦调节器依照解耦数学公式求解对角矩阵，即采用对角矩阵解耦后，系统构造如下图所示：解耦先后对象simulink阶跃仿真框图及成果如下：1）不存在耦合时仿真框图和成果 图a 不存在耦合时仿真框图（上）和成果（下）2） 对象耦合Simulink仿真框图和成果图b 系统耦合Simulink仿真框图（上）和成果（下）对比图a和图b可知，本系统耦合影响重要体当前幅值变化和响应速度上，但影响不明显。其实不进行解耦通过闭环控制仍有也许获得规定品质。3）对角矩阵解耦后仿真框图和成果图c对角矩阵解耦后仿真框图（上）和成果（下） 对比图a和图c可知，采用对角

6、解耦器后系统响应和不存在耦合成果同样，采用对角实现了系统解耦。解耦后系统可按两个独立系统进行分析和控制。（3）控制器形式选取与参数整定通过解耦，原系统已可当作两个独立单输入输出系统。考虑到PID应用广泛性和系统无静差规定，控制器形式采用PI形式。PI参数整定通过解耦两个单输入输出系统进行，整定采用试误法进行。当x1y1通道Kp=20，Ki=3时系统阶跃响应如图：当x2y2通道Kp=35，Ki=5时系统阶跃响应如图：（4）系统仿真采用对角矩阵解耦时，控制系统如下图所示：为了比较解耦和不解耦两种状况，分别列出两种状况Simulink框图和仿真成果。不解耦时系统Simulink仿真框图及成果（第二幅

7、图中响应曲线在t=1s处从上往下依次是通道x2y2输入波形和响应波形、通道x1y1输入波形和响应波形以及随机扰动波形）：解耦时系统Simulink仿真框图及成果（第二幅图中响应曲线从上往下依次是通道x2y2输入波形和响应波形、通道x1y1输入波形和响应波形以及随机扰动波形）： 对比以上两条仿真曲线，系统解耦后系统动态响应有了明显改进，由有超调振荡衰减过程变为无超调单调过程，系统阻尼比增大，调节时间变长。实验总结： 通过这次实验，我进一步理解了双输入输出系统及其变量之间互相耦合与影响，充分掌握理解耦控制基本原理与解耦控制器设计办法。 学生签名： 年 月 日评语与成绩：教师签名： 年 月 日填写阐明：1实验类型：验证性、设计性或综合性。2表格不够填写，可抬高，增长页数。3签名、日期必要手写。