10.解耦控制.ppt

MIMO过程的解耦控制,戴连奎浙江大学智能系统与决策研究所2002/04/23,内容,引言相对增益MIMO系统的变量匹配解耦控制系统的设计解耦控制系统的实施结论,多变量控制系统设计方法,单变量控制系统（多回路控制）方法简单，当系统关联不强时，如果配对正确，而且参数整定合适，应用效果良好，较强的鲁棒性。解耦控制方法较复杂，当系统关联较强时，如果对象模型基本正确，可应用于实际过程，但鲁棒性较弱。多变量控制方法众多，相对复杂，可适用于各种实际过程，但鲁棒性较弱，通常要求建立对象模型。,多变量系统中的耦合,基本问题若采用SISO控制器，如何进行输入输出变量之间的配对,多回路PID控制,相对增益的概念,第一放大系数pij在其它控制量urr≠j均不变的前提下，uj对yi的开环增益,第二放大系数pij在利用控制回路使其它被控量yrr≠i均不变的前提下，uj对yi的开环增益,相对增益的概念（续）,uj至yi通道的相对增益,相对增益矩阵,相对增益系数的计算方法1,输入输出稳态方程,相对增益系数的计算方法2,,注上述计算公式中的“●”为两矩阵对应元素的相乘,相对增益系数的计算方法2续,例如稳态增益,练习计算λ11，λ33，λ12，λ31,其中detP是矩阵P的行列式；Pij是矩阵P的代数余子式。,相对增益矩阵的归一性,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y20C2,（1）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。（2）若用量大的操作变量占总流量75以上，则只要用常规多回路就可以；否则，若两种进料量接近，则需要采用非常规方法，例如解耦设计。,调和过程工况举例1,F180T/hr，F220T/hr，F100T/hr；C175，C225，C64。相对增益矩阵为,输入输出的正确配对,多回路控制方案1（F-F1,C-F2）,调和过程多回路控制模型1,多回路控制方案1的闭环响应,多回路控制方案2（C-F1,F-F2）,调和过程多回路控制模型2,多回路控制方案2的闭环响应,耦合过程的控制系统设计,经合适输入输出变量配对后，若关联不大，则可采用常规的多回路PID控制器；尽管系统稳态关联严重，但主要控制通道动态特性差别较大，仍可通过调整PID参数，使各回路的工作频率拉开；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。,解耦控制系统的设计前馈补偿法,解耦原理使y1与uc2无关联；使y2与uc1无关联,解耦控制系统的设计前馈补偿法（续）,,,,解耦控制系统的设计对角矩阵法,解耦控制系统的设计对角矩阵法（续）,,解耦控制系统的设计单位矩阵法,解耦控制系统的简化设计（稳态解耦法）,,解耦控制系统的实现1初始化问题,问题若u1,u2为“手动”时，如何设定基本控制器Gc1输出的初始值，以便无扰动地投入“自动”,解耦控制系统的实现2约束问题,问题当两回路均为“自动”时，若u2在运行过程中受到了约束，两控制器有可能都驱使u1趋向约束。,改进的解耦控制方案,调和过程的解耦控制举例,调和过程解耦控制系统仿真,被控过程,稳态工作点Q0（u10,u20,y10,y20）,调和过程解耦控制仿真（续）,模型,相对增益矩阵,问题如何进行变量配对与解耦控制系统设计,调和过程多回路控制仿真模型3,调和过程多回路控制响应,调和过程动态线性解耦方案,动态线性解耦闭环响应,调和过程线性静态解耦方案,线性静态解耦系统闭环响应,调和过程的部分静态解耦方案,部分静态解耦系统闭环响应,非线性静态解耦的一般结构,,,调和过程的非线性静态解耦,,,,,调和过程非线性静态解耦（续）,,调和过程的非线性完全解耦,非线性完全解耦控制仿真模型,非线性静态解耦系统闭环响应,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1.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；2.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。,练习题,巳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。,流体输送设备控制自学思考题,对于离心式流体输送设备（泵、压缩机），如何实现流量控制对于容积式泵设备，如何实现流量控制对于离心式压缩机，说明喘振现象与产生原因；掌握常用的防喘振方法与相应的控制系统；,传热设备控制要求,1、掌握换热器出口温度的控制方案与对象静态特性；2、了解加热炉的常用控制方案；3、掌握汽包水位的对象特点与控制方案；4、掌握锅炉设备燃料与空气逻辑变比值控制系统的分析与设计方法；5、了解锅炉设备过热蒸汽温度的控制问题与常用的控制方法。,