时滞过程解耦控制算法的研究及其在定量水分控制中的应用

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1、时滞过程解耦控制算法的研究及其在定量水分控制中的应用摘要当前，针对无时滞过程的解耦控制已经得到了一些有用的结论，并在实践中也已有许多成功的范例。然而随着工业生产规模的日趋扩大，复杂的工业过程一直受到大时滞的困扰，使得无时滞解耦控制算法不能在这些系统中正常应用。因此，针对时滞耦合过程的解耦控制成为当今解耦控制理论研究的热点问题，然而由于时滞的复杂特性和理论工具的缺乏，使得原本就很麻烦的解耦问题变得更为复杂。本文提出了时滞解耦控制的两个策略：分而治之，合二为一。这两个策略贯穿于全文前后。分而治之，就是对时滞

2、耦合对象的解耦和时滞不耦合对象的控制来进行分别处理，先进行开环时滞解耦，后进行闭环时滞控制。开环时滞解耦就是，有理分式加纯滞后为矩阵元素的非对角矩阵，经过解耦成为斜对角矩阵，解耦后的过程可以等价为几个单回路时滞过程，采用过程控制中经典的Smith预估法、IMC控制等进行控制，解决时滞对系统性能造成的消极影响，达到稳、准、快的性能要求。合二为一，就是对解耦和时滞控制进行一体化处理，此时一个控制器必须包括解耦和控制两个功能，即同时进行闭环解耦、控制。将有效的单变量时滞控制结构，如Smith预估和IMC控制结

3、构，推广到多变量控制系统。这种推广的结构能够应用的前提是，其闭环回路传递函数矩阵能够成为斜对角矩阵，也即解耦。在此前提下，首先推导出能解耦时闭环传递函数矩阵在时滞和非最小相位零点两个方面必须满足的条件，然后在可选择的范围内选择最优的目标闭环传递函数矩阵，据此逆向设计出解耦控制器。论文关于时滞过程解耦控制算法的研究和应用的主要内容为：1．推导了MIMO控制系统方框图简化规则，讨论了三种开环解耦算法：矩阵求逆、前馈解耦、逆向解耦，并把它们推广到时滞过程中。2．证明了基于合二为一策略的smith预估解耦控制不

4、总是可行的。给出了基于分而治之策略的Smith预估解耦控制的通用结构，介绍了前馈解耦的Smith预估控制算法，提出了逆向解耦的Smith预估解耦控制算法。另外对Smith预估结构进行了简化，推导出类似于单位反馈控制解耦控制算法，采用H。方法设计出控制器的解析式。并且证明了基于分而治之策略的Smith预估解耦控制算法和基于合二为一策略的单位反馈解耦控制算法之间的等价性。3．介绍了基于合二为一策略的IMC解耦控制算法，提出了基于分而治之策略的IMC预估解耦控制的通用结构。提出了前馈解耦的IMC解耦控制算法和

5、逆向解耦的IMC解耦控制算法。并且证明了基于分而治之策略的IMC解耦控制算法和基于分而治之策略的IMC馈解耦控制算法之间的等价性。4．将提出的解耦控制算法应用到了定量水分控制系统中，提出以定量水分解耦控制为外环，纸浆流量和蒸汽压力PID控制为内环的串级控制系统，通过工程项目验证了算法的可行性。总而言之，本文在前人研究成果基础上，总结出针对时滞解耦控制的两个策略，并补充提出了相应的解耦控制算法。通过仿真研究和工程项目实践验证了提出的算法具有良好的解耦性能和一定的鲁棒性能。关键词：解耦控制，Smith预估控

6、制，内部模型控制，时滞耦合过程，鲁棒性能分析，定量水分ⅡOnDecouplingControlAlgorithmforTime-DelayProcessandItsApplicationtoPaperBasisWeight&MoistureControlinPaperProcessABSTRACTRecently,someusefulresultsofthedelay—freeprocesseshavebeendrawnandputintotheindustrialpractice．Bytheupsiz

7、eofproductscale，applicationofdecouplingcontrolalgorithmsislimitedbymulti—delayinthecomplicatedindustries．Therefore，decouplingproblemsfor-plantswithtimedelayarecomplicatedbythecharacterizationoftimedelayandlackoftheoryfoundationandbecomeacrucialpoint．Twos

8、trategiesonthedecouplingcontrolwithtimedelayarepresented．OneiS“divideandrule”andtheotheriS“a11inone”．The“divideandrule”strategyiStodealwithdecouplingthecouplingdelaysystemsandtocontrolthedecoupleddelaysystemsrespectively．D