過程控制系統(tǒng)-多變量解耦控制系統(tǒng)

過程控制系統(tǒng)——多變量控制系統(tǒng)2/4/20231第一節(jié)概述控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)前饋反饋串級控制比值控制補償控制單變量控制系統(tǒng)2/4/20232實際生產(chǎn)過程有多個被控量多輸入、多輸出系統(tǒng)一控制量變化多被控量變化多個控制回路互相影響、互相關(guān)聯(lián)、互相耦合設(shè)計系統(tǒng)時，必須注意工藝過程中各個參數(shù)間的相關(guān)情況2/4/20233第二節(jié)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)分析

1關(guān)聯(lián)系統(tǒng)+-FB-AGC高速+++FF-AGCP+--P+ATR-G高速+-P+VrefMF5FF-AGCFB-AGC+++-+++dv/dtFB-AGC++軋制效率補償-++ATR-G高速軋制效率補償+-ATR-G高速軋制效率補償++--P+-ATR-G高速軋制效率補償++-FF-AGC+MF1PATR-G高速軋制效率補償+--+-P+Vref+VrefVrefVrefh0*h1*Vref++++-厚度控制與張力控制的耦合2/4/20234厚度張力耦合作用原理當(dāng)我們增大2機架壓下量厚度：出口帶鋼厚度變薄張力：S1~S2、S2~S3之間張力減小當(dāng)我們增大2機架速度張力：

S1~S2增大，S2~S3減小厚度：出口帶鋼厚度變薄張力控制厚度控制耦合2/4/20235支持輥工作輥帶鋼/入口側(cè)帶鋼/出口側(cè)輥縫厚度控制與板形控制的耦合2/4/20236雙變量耦合控制系統(tǒng)框圖2/4/202372關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析控制系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)可以通過傳遞函數(shù)矩陣來分析開環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為2/4/20238閉環(huán)控制系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為2/4/20239閉環(huán)控制傳遞函數(shù)2/4/202310閉環(huán)穩(wěn)定性由閉環(huán)特征方程決定閉環(huán)特征方程的根都具有負(fù)實部，關(guān)聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定。2/4/202311在一個多變量過程控制系統(tǒng)中，被控制變量和操作變量之間往往存在相互耦合的關(guān)系，從而構(gòu)成了多輸入多輸出的耦合控制系統(tǒng)，它們的相互影響妨礙各變量的獨自控制作用；嚴(yán)重時甚至?xí)茐母飨到y(tǒng)的正常工作，使之不能投入運行。但是，某一被控制變量總是在本質(zhì)上應(yīng)當(dāng)由某一操作變量所決定，這就叫做被控制變量與操作變量的變量配對。2/4/202312

通常認(rèn)為，在一個多變量被控過程中，如果每一個被控變量只受一個控制變量的影響，則稱為無耦合過程，其分析和設(shè)計方法與單變量過程控制系統(tǒng)完全一樣。存在耦合的多變量過程控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計中需要解決的主要問題：1.如何為多變量過程的變量配對？1.如何判斷多變量過程的耦合程度？2.如何最大限度地減少耦合程度？3.在什么情況下必須進行解耦設(shè)計，如何設(shè)計？耦合過程及其要解決的問題2/4/202313在耦合非常嚴(yán)重的情況下，最有效的方法是采用多變量系統(tǒng)的解耦設(shè)計。第四節(jié)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計2/4/202314二輸入二輸出解耦系統(tǒng)解耦器N（S）若是對角陣，則可實現(xiàn)完全解耦2/4/202315解耦控制設(shè)計的主要任務(wù)是解除控制回路或系統(tǒng)變量之間的耦合。解耦設(shè)計可分為完全解耦和部分解耦。完全解耦的要求是，在實現(xiàn)解耦之后，不僅調(diào)節(jié)量與被控量之間以一對一對應(yīng)，而且干擾與被控量之間同樣產(chǎn)生一一對應(yīng)。2/4/202316◆對角陣解耦法對角陣解耦設(shè)計是一種常見的解耦方法。它要求被控對象特性矩陣與解耦環(huán)節(jié)矩陣的乘積等于對角陣。2/4/202317解耦設(shè)計原理在關(guān)聯(lián)非常嚴(yán)重的情況下，即使采用最好的回路匹配（變量配對）也得不到滿意的控制效果，需對系統(tǒng)進行解耦。解耦的本質(zhì)在于設(shè)置一個計算網(wǎng)絡(luò)，用它去抵消過程中的關(guān)聯(lián)，以保證各個單回路控制系統(tǒng)能正常工作。關(guān)聯(lián)系統(tǒng)解耦條件最終可歸結(jié)為：廣義對象的傳遞矩陣必須是對角陣。具體做法是：在相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)中增加一個解耦裝置中F(s)，使對象的傳遞矩陣與解耦裝置矩陣的乘積為對角陣，便可滿足各個控制回路相互獨立的要求。2/4/202318雙變量解耦系統(tǒng)方框圖

2/4/202319根據(jù)對角陣解耦設(shè)計要求，即

因此，被控對象的輸出與輸入變量之間應(yīng)滿足如下矩陣方程：2/4/202320對角陣解