浙大工业过程控制10解耦控制课件

MIMO过程的解耦控制2/8/20231课件内容引言相对增益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2/8/20232课件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。2/8/20233课件多回路PID控制2/8/20235课件相对增益的概念第一放大系数pij：在其它控制量ur(r≠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yr(r≠i)均不变的前提下，uj

对yi

的开环增益2/8/20236课件相对增益的概念（续）

uj至yi通道的相对增益：

相对增益矩阵：2/8/20237课件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！2/8/20239课件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。2/8/202310课件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<0;λij反映了通道uj与yi之间的稳态增益受其它回路的影响程度.2/8/202311课件变量配对举例(调和过程)为非线性系统！2/8/202313课件变量配对举例（续）1.设定稳态工作点：Q0（u10,u20,y10,y20）2.稳态工作点Q0附近偏差化2/8/202314课件变量配对举例（续）3.工作点Q0附近线性化2/8/202315课件变量配对举例（续）5.利用相对增益的性质计算相对增益矩阵：2/8/202317课件变量配对举例（续）6.进行合适的变量配对(假设C1>y20>C2)：2/8/202318课件变量配对举例（续）7.分析结论(假设C1>y20>C2)：（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。2/8/202319课件多回路控制方案#1（F-F1,C-F2）2/8/202321课件调和过程多回路控制模型#12/8/202322课件多回路控制方案#1的闭环响应2/8/202323课件调和过程多回路控制模型#22/8/202325课件多回路控制方案#2的闭环响应2/8/202326课件解耦控制系统的设计

前馈补偿法（续）2/8/202329课件解耦控制系统的设计

对角矩阵法2/8/202330课件解耦控制系统的设计

对角矩阵法（续）2/8/202331课件解耦控制系统的设计

单位矩阵法2/8/202332课件解耦控制系统的简化设计

（稳态解耦法）2/8/202333课件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”？2/8/202334课件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。2/8/202335课件改进的解耦控制方案2/8/202336课件调和过程的解耦控制举例2/8/202337课件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）2/8/202338课件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？2/8/202339课件调和过程多回路控制仿真模型#32/8/202340课件调和过程多回路控制响应2/8/202341课件调和过程动态线性解耦方案2/8/202342课件动态线性解耦闭环响应2/8/202343课件调和过程线性静态解耦方案2/8/202344课件线性静态解耦系统闭环响应2/8/202345课件调和过程的部分静态解耦方案2/8/202346课件部分静态解耦系统闭环响应2/8/202347课件非线性静态解耦的一般结构+2/8/202348课件调和过程的非线性静态解耦++2/8/202349课件调和过程非线性静态解耦（续）+2/8/202350课件调和过程的非线性完全解耦2/8/202351课件非线性完全解耦控制仿真模型2/8/202352课件非线性静态解耦系统闭环响应2/8/202353课件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。2/8/202354课件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。2/8/202355课件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；2/8/202356课件传热