解耦控制系统.ppt

解耦控制
学习内容

1耦合过程及其要解决的问题
2相对增益与相对增益矩阵
3解耦控制系统的设计1.耦合过程及其要解决的问题
令某一通道在其它系统均为开环时的放大系数与该一通道在其它系统均为闭环时的放大系数之比为λij，称为相对增益;
相对增益λij是Uj相对于过程中其他调节量对该被控量Yi而言的增益（Uj→Yi）；
λij定义为第一放大系数pij（开环增益）
指耦合系统中，除Uj到Yi通道外，其它通道全部断开时所得到的Uj到Yi通道的静态增益;
即，调节量Uj改变了Uj所得到的Yi的变化量Yi与Uj之比，其它调节量Uk（k≠j）均不变。
pij可表示为：
第二放大系数qij（闭环增益）
指除所观察的Uj到Yi通道之外，其它通道均闭合且保持Yk（k≠j）不变时，Uj到Yi通道之间的静态增益。
即，只改变被控量Yi所得到的变化量Yi与Uj的变化量Uj之比。
qij可表示为：
相对增益ij定义为：相对增益的计算相对增益系数的计算方法112相对增益系数的计算方法214151617在耦合非常严重的情况下，最有效的方法是采用多变量系统的解耦设计。
解耦的方法：
前馈补偿解耦法
对角阵解耦法
单位矩阵解耦法解耦控制设计的主要任务是解除控制回路或系统变量之间的耦合。
解耦设计可分为完全解耦和部分解耦。
完全解耦的要求是，在实现解耦之后，不仅调节量与被控量之间以一对一对应，而且干扰与被控量之间同样产生一一对应。
这种方法与前馈控制设计所论述的方法一样，补偿器对过程特性的依赖性较大。此外，当输入-输出变量较多时，则不宜采用此方法。二对角阵解耦法采用不同的解耦方法都能达到解耦的目的，采用单位阵解耦法的优点更突出。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。多变量解耦有动态解耦和静态解耦之分。动态解耦的补偿是时间补偿，而静态解耦的补偿是幅值补偿。
由于动态解耦要比静态解耦复杂得多，一般只在要求比较高、解耦器又能实现的条件下使用。
当被控对象各通道的时间常数非常接近时，采用静态解耦一般都能满足要求。在多变量系统的解耦设计过程中，还要考虑解耦系统的实现问题。事实上，求出了解耦器的数学模型并不等于实现了解耦。
解耦系统的实现问题主要包括：解耦系统的稳定性、部分解耦以及解耦器的简化等。四解耦控制系统的简化设计1．多变量系统各个控制回路之间有可能存在相互关联(即耦合)，会妨碍各回路变量的独立控制作用，甚至破坏系统的正常工作。因此，必须设法减少或消除耦合。

2．相对增益ij是衡量多变量系统中各个变量间耦合程度的指标。ij表示调节量Uj对一个特定的被控量Yi的影响程度，等于第一放大系数Pij与第二放大系数qij之比。

3．常用的减少或消除耦合的方法包括提高调节器的增益、选用变量的最佳配对和采用解耦控制。

4．依据前馈补偿原理的前馈补偿解耦法是最早使用的解耦方法，这种方法还可以实现对扰动信号的解耦。

5．对角阵解耦要求被控对象特性矩阵与解耦环节矩阵的乘积等于对角阵，因此，解耦后的系统等效为多个单回路。单位阵解耦是对角阵解耦的一种特殊情况。流量、压力解耦控制系统设计