第四章多变量控制系统.ppt

4.4耦合测度与配对规则因此，回路配对方案经验证后终选为：1-1/2-3/3-2第29页，共67页，星期日，2025年，2月5日如何配对？例4.4传递函数为4.4耦合测度与配对规则答案：1-1/2-4/3-3/4-2第30页，共67页，星期日，2025年，2月5日?4.4耦合测度与配对规则第31页，共67页，星期日，2025年，2月5日耦合：控制变量与被控变量之间是相互影响的，一个控制变量的改变同时引起几个被控变量变换的现象。解耦：消除系统之间的相互耦合，使各系统称为独立的互不相关的控制回路。把具有相互关联的多参数控制过程转化为几个彼此独立的单输入-单输出控制过程来处理，实现一个调节器只对其对应的被控过程独立地进行调节。这样的系统称为解耦控制系统（或自治控制系统）。4.5MIMO系统的解耦设计第32页，共67页，星期日，2025年，2月5日解耦控制的目的解耦系统的目的是寻求适当的控制律，使输入输出相互关联的多变量系统实现每一个输出仅受相应的一个输入所控制，每一个输入也仅能控制相应的一个输出，以此构成独立的单回路控制系统，获得满意的控制性能。解耦控制的先行工作控制变量与被控参数的配对部分解耦：即有选择性的解耦，在选择时可根据被控参数的相对重要性和被控参数的响应速度4.5MIMO系统的解耦设计第33页，共67页，星期日，2025年，2月5日4.5MIMO系统的解耦设计第34页，共67页，星期日，2025年，2月5日主要设计方法：前馈补偿法对角矩阵法单位矩阵法精馏塔温度控制方案系统图控制系统方框图4.5MIMO系统的解耦设计第35页，共67页，星期日，2025年，2月5日前馈解耦原理：使y1与uc2无关联；使y2与uc1无关联前馈补偿法4.5MIMO系统的解耦设计第36页，共67页，星期日，2025年，2月5日前馈补偿法4.5MIMO系统的解耦设计第37页，共67页，星期日，2025年，2月5日例题4.5已知某系统传递函数矩阵为计算该系统的相对增益矩阵，试用前馈补偿进行解耦设计解：对象静态增益矩阵为对象相对增益矩阵为由系统的RGA可知：系统不能利用变量配进行减小系统耦合，需要采用解耦方法。4.5MIMO系统的解耦设计第38页，共67页，星期日，2025年，2月5日控制器-1控制器-2过程模型解耦装置G(s)Gc(s)D(s)控制器Y2Uc(s)U(s)Y1R2R14.5MIMO系统的解耦设计控制器-1控制器-2过程模型G(s)Gc(s)控制器Y2U(s)Y1R2R1第39页，共67页，星期日，2025年，2月5日对角矩阵法4.5MIMO系统的解耦设计第40页，共67页，星期日，2025年，2月5日对角矩阵法Gc1(s)Gc2(s)G11(s)G22(s)y1y2μc2μc1r2r1++4.5MIMO系统的解耦设计第41页，共67页，星期日，2025年，2月5日单位矩阵法4.5MIMO系统的解耦设计第42页，共67页，星期日，2025年，2月5日4.5MIMO系统的解耦设计解耦设计方法比较采用不同的解耦方法都能达到解耦的目的。对角阵解耦法和前馈补偿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。第43页，共67页，星期日，2025年，2月5日习题：已知过程的开环稳态增益矩阵试推导其相对增益矩阵，并选择最好的控制回路。分析此过程是否需要解耦。4.5MIMO系统的解耦设计第44页，共67页，星期日，2025年，2月5日MIMO耦合系统解耦控制小结:应通过关联分析并选择合适的输入输出配对:若关联不大或主要控制通道动态特性差别较大，则可采用常规的多回路PID控制器；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。常用的解耦方法： 前馈解耦、静态解耦、部分解耦、线性或非线性解耦等。4.5MIMO系统的解耦设计第45页，共67页，星期日，2025年，2月5日两种基本的多变量控制方式多回路控制：多个单回路控制器控制MIMO系统协调或集中式控制：用一个控制算法同时计算出所有的操纵变量控制器-1控制器-2过程模型解耦装置G(s)Gc(s)D(s)控制器Y2Uc(s)U(s)Y1R2R14.6