第九章系統(tǒng)關(guān)聯(lián)與解耦控制

第九章系統(tǒng)關(guān)聯(lián)與解耦控制第1頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月

重點(diǎn)：引言相對增益MIMO系統(tǒng)的變量匹配解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)的實(shí)施結(jié)論本章重點(diǎn)內(nèi)容第2頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法單變量控制系統(tǒng)（多回路控制）方法簡單，當(dāng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)不強(qiáng)時，如果配對正確，而且參數(shù)整定合適，應(yīng)用效果良好，較強(qiáng)的魯棒性。解耦控制方法較復(fù)雜，當(dāng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)較強(qiáng)時，如果對象模型基本正確，可應(yīng)用于實(shí)際過程，但魯棒性較弱。多變量控制方法眾多，相對復(fù)雜，可適用于各種實(shí)際過程，但魯棒性較弱，通常要求建立對象模型。第3頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月多變量系統(tǒng)中的耦合基本問題：若采用SISO控制器，如何進(jìn)行輸入輸出變量之間的配對？第4頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月相對增益的概念第一放大系數(shù)pij：在其它控制量ur(r≠j)均不變的前提下，uj對yi的開環(huán)增益第二放大系數(shù)pij：在利用控制回路使其它被控量yr(r≠i)均不變的前提下，uj對yi的開環(huán)增益第5頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月相對增益的概念（續(xù)）uj至yi通道的相對增益：相對增益矩陣：第6頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月相對增益系數(shù)的計(jì)算方法1輸入輸出穩(wěn)態(tài)方程第7頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月相對增益系數(shù)的計(jì)算方法2注：上述計(jì)算公式中的“●”為兩矩陣對應(yīng)元素的相乘！第8頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月相對增益系數(shù)的計(jì)算方法2(續(xù))其中detP是矩陣P的行列式；Pij是矩陣P的代數(shù)余子式。例如：穩(wěn)態(tài)增益：練習(xí)：計(jì)算λ11，λ33，λ12，λ31?第9頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月相對增益矩陣的歸一性相對增益矩陣中每行或每列的總和均為1；若相對增益矩陣中，某些元素>1，則對應(yīng)行與列中必然有某些元素<0;λij反映了通道uj與yi之間的穩(wěn)態(tài)增益受其它回路的影響程度.第10頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月相對增益與耦合程度當(dāng)通道的相對增益接近于1，例如0.8<λij<1.2，則表明其它通道對該通道的關(guān)聯(lián)作用很小;當(dāng)相對增益小于零或接近于零時，說明使用本通道調(diào)節(jié)器不能得到良好的控制效果?；蛘哒f，這個通道的變量選配不適當(dāng)，應(yīng)重新選擇。當(dāng)相對增益在0.3到0.7之間或者大于1.5時，則表明系統(tǒng)中存在著非常嚴(yán)重的耦合。需要考慮進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)或采用多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。第11頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

--------前饋補(bǔ)償法解耦原理：使y1與uc2無關(guān)聯(lián)；使y2與uc1無關(guān)聯(lián)第12頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

------前饋補(bǔ)償法（續(xù)）第13頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

------對角矩陣法第14頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

------對角矩陣法(續(xù))第15頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

-------單位矩陣法第16頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月解耦控制系統(tǒng)的簡化設(shè)計(jì)

--------（穩(wěn)態(tài)解耦法）第17頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月解耦控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1：初始化問題問題：若u1,u2為“手動”時，如何設(shè)定基本控制器Gc1輸出的初始值，以便無擾動地投入“自動”？第18頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月解耦控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

2：約束問題問題：當(dāng)兩回路均為“自動”時，若u2在運(yùn)行過程中受到了約束，兩控制器有可能都驅(qū)使u1趨向約束。第19頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月改進(jìn)的解耦控制方案第20頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)和過程的解耦控制舉例第21頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)和過程解耦控制系統(tǒng)仿真被控過程：穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)：Q0（u10,u20,y10,y20）第22頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)和過程解耦控制仿真（續(xù)）模型：相對增益矩陣：問題：如何進(jìn)行變量配對與解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)？第23頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)和過程多回路控制仿真模型#3第24頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)和過程多回路控制響應(yīng)第25頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)和過程動態(tài)線性解耦方案第26頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月動態(tài)線性解耦閉環(huán)響應(yīng)第27頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)和過程線性靜態(tài)解耦方案第28頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月線性靜態(tài)解耦系統(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)第29頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)和過程的部分靜態(tài)解耦方案第30頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月部分靜態(tài)解耦系統(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)第31頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月非線性完全解耦控制仿真模型第32頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月非線性靜態(tài)解耦系統(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)第33頁，課件共34頁，創(chuàng)作于2023年2月MIMO耦合系統(tǒng)解耦控制小結(jié)應(yīng)通過關(guān)聯(lián)分析并選擇合適的輸入輸出配對:1.若關(guān)聯(lián)不大或主要