第七章 解耦控制.ppt

Gc1(s) Gc2(s) G11(s) G22(s) y1 y2 μc2 μc1 r1 r2 + + 补偿后效果 7.3 解耦控制系统的设计 */72 Y1(s) Y2(s) 1 0 0 1 Mc1(s) Mc2(s) = G11(s) G21(s) G12(s) G22(s) D11(s) D21(s) D12(s) D22(s) 1 0 0 1 = 解耦器数学模型为 D11(s) D21(s) D12(s) D22(s) G11(s) G21(s) G12(s) G22(s) -1 = ③单位矩阵法 7.3 解耦控制系统的设计 要求 即通过解耦，使各个系统的对象特性成1:1的比例环节。 */72 = = G11(s) G22(s) – G12(s) G21(s) 1 G22(s) G21(s) G12(s) G11(s) K11g11 K22g22 – K12g12 K21g21 1 K22g22 K21g21 K12g12 K11g11 证明：在Mc1(s)扰动下，被调量Y2(s)等于零 在Mc2(s)扰动下，被调量Y1(s)等于零 Mc2(s) ≠ 0, Y1(s) = Y11(s) + Y12(s) = 0 Mc1(s) ≠ 0, Y2(s) = Y21(s) + Y22(s) = 0 所以，单位矩阵法能消除系统间相互关联 7.3 解耦控制系统的设计 */72 这种解耦方法不仅可以解除耦合，而且等效对象为1，具有很强的稳定性。但解耦网络更为复杂，往往难以实现。 单位阵解耦后的等效系统 7.3 解耦控制系统的设计 */72 7.3 解耦控制系统的设计 采用不同的解耦方法都能达到解耦的目的。前馈补偿解耦法和对角阵解耦法得到的解耦效果和系统的控制质量是相同的，这两种方法都是设法解除交叉通道，并使其等效成两个独立的单回路系统。 而采用单位阵解耦法的优点更突出，除了能获得优良的解耦效果之外，还能提高控制质量，减少动态偏差，加快响应速度，缩短调节时间。 解耦方法比较 */62 [例] 若输入输出之间传递关系为 试利用对角阵解耦方法实现系统的过程控制。 7.3 解耦控制系统的设计 解：（1）求系统相对增益以及系统耦合分析 系统的静态放大系数矩阵为： 即系统的第一放大系数矩阵为： */72 + 输出Y1(s) + 输出Y2(s) + + 输出 X1(s) 输出 X2(s) 系统的相对增益矩阵为： 7.3 解耦控制系统的设计 由相对增益矩阵可以得知，控制系统输入、输出的配对选择是正确的；通道间存在较强的相互耦合，应对系统进行解耦分析。 （2）确定解耦调节器 根据解耦数学公式求解对角矩阵，即 */72 7.3 解耦控制系统的设计 采用对角矩阵解耦后，系统的结构如下图所示： */72 7.3 解耦控制系统的设计 解耦前后系统的simulink阶跃仿真框图及结果如下： 1）不存在耦合时的仿真框图和结果 */72 7.3 解耦控制系统的设计 2）系统耦合Simulink仿真框图和结果 */72 7.3 解耦控制系统的设计 3）对角矩阵解耦后的仿真框图和结果 */72 7.3 解耦控制系统的设计 （3）控制器形式选择与参数整定 调节器形式采用PI形式。 PI参数整定通过解耦的两个单输入输出系统进行。 当x1y1通道Kp=20，Ki=3时系统的阶跃响应如图： */72 7.3 解耦控制系统的设计 当x2y2通道Kp=35，Ki=5时系统阶跃响应如图： */72 7.3 解耦控制系统的设计 （4）系统仿真 对角矩阵解耦的控制系统图 */72 7.3 解耦控制系统的设计 解耦时系统框图 不解耦时系统框图 */72 7.3 解耦控制系统的设计 解耦时系统结果 不解耦时系统结果 响应曲线从上往下依次是：通道x2y2的输入波形和响应波形、通道x1y1的输入波形和响应波形以及随机扰动波形 */72 一、稳定性 耦合引起不稳定: (1) 矩阵中有大于1和小于0的元素; (2) 输入输出配对有误. 措施: (1)合理选择控制通道, 使通道的相对增益合理。 (2)简化系统时忽略一些弱耦合, 对不能忽略的局部不稳定耦合采取适当的解耦整定措施。 (3)不能简化的系统, 就采取完善的解耦方法, 既能解除耦合,又能使过程满足稳定性要求. 7.4 实现解耦控制系统的几个问题 */72 二、部分解耦 (1) 被控参数的相对重要性 　 重要参数进行解耦 (2) 被控参数的响应速度 　 响应慢的参数进行解耦, 响应快的参数不解耦。 　 7.4 实现解耦控制系统的几个问题 */72 三、解耦系统的简化(1) 耦合对象模