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《多变量时滞过程的解耦内模控制及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第34卷第3期北京化工大学学报Vol.34,No.32007年JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGY2007多变量时滞过程的解耦内模控制及应用陈 娟 潘立登 曹柳林(北京化工大学信息科学与技术学院,北京 100029)摘 要:针对工业过程中常见的多变量时滞输入输出系统,基于内模控制结构提出了一种解析解耦内模控制器矩阵的设计方法,该方法设计的内模控制器同时具有解耦器和控制器的作用。其优点是能够实现标称系统输出响应之间的近似或完全解耦,且用遗传算法对于解析模型进行降阶或近似处理,从而简化了推导解耦控
2、制器矩阵的运算量;并可以通过调整内模控制器的滤波器时间常数来补偿被控过程的模型不确定性所导致的控制品质下降。用该方法对国产200MW火电机组带汽—汽换换热器的多变量强耦合再热汽温控制系统进行了控制系统的设计和仿真研究,仿真结果证明了该方法的有效性。并且在过程模型和过程失配时显示了较强的鲁棒性和抗干扰能力。关键词:内模控制;遗传算法;解耦控制;蒸汽温度控制系统中图分类号:TP273引 言多输入多输出(MIMO)时滞耦合系统的控制一直是控制领域的难题,工业生产中普遍存在具有时[122]滞和耦合的MIMO过程。如物料传输,石油炼图1 内模解耦控制系统治过
3、程中的质量控制和循环流化床的燃烧控制、以Fig.1TheStructureofdecouplingIMC及本文所采用的火电厂再热汽温控制系统等。被控被控多变量时滞过程为过程中时滞的存在,对控制系统的性能产生很大的G11(s)⋯G1n(s)影响。如何处理多变量系统的耦合和时滞问题是提Gp(s)=…⋯…高控制品质的关键,对于时滞多变量系统,由传统方Gn1(s)⋯Gnn(s)-Ls法求得的对角精确动态解耦阵中含有超前环节,其其中Gij(s)=Gij0(s)eij(i,j=1,2,⋯n);而Gij0[324]物理上无法实现;使得系统更加难于控制。本是一个稳
4、定正则的有理函数,从图1中可以导出系文通过对角化闭环传递函数矩阵的方法,解析的反统的闭环传递函数矩阵:H=GpK[I+(Gp-Gm)-1向推导出解耦内模控制矩阵,进一步对得到的控制K],当过程模型与过程匹配Gp=Gm时,H=器采用遗传算法进行模型降阶或近似,使控制器的GpK。需要指出,过程传递矩阵Gp(s)必须是稳定推导进一步得到简化,且易于工程实现。非奇异的,才能实现解耦控制。此结论可通过解耦系统对应的对角化函数矩阵行列式的稳态终值不能1 多变量内模控制系统解耦分析为零而得到证明。如果能实现解耦控制,则经解耦图1是MIMO系统的内模控制结构,其中
5、K控制后得到的系统闭环传递函数矩阵H应化为对是解耦内模控制矩阵,Gp和Gm分别是被控多变量角阵的形式,即H=GpK=diag{Hii}n×n。其逆运时滞过程和它的模型,R,Y分别是多变量输入和输算为出,U是控制输出信号。-1adjGpK=GpH=·diag{Hii}det(Gp)ijTij收稿日期:2006208228其中:adjGp=[Gp],Gp表示对应于Gp中各元素基金项目:教育部骨干教师计划资助项目(0201022)Gij的代数余子式。根据线性代数的定义可知,伴随第一作者:女,1961年生,副教授,博士矩阵adjGp的第i列各元素是矩阵Gp
6、的第i行对E2mail:jchen@mail.buct.edu.cn.应元素的代数余子式,因此K的第i列元素K·i为·314·北京化工大学学报 2007年i1i2inT而保证物理可实现,滤波器时间常数λ决定了闭环[Gp,Gp,⋯,Gp]K·i=
7、Gp
8、系统的宽带,来保证系统的鲁棒性。如果考虑被控由此得到对象是具有s平面右半部零点的非最小相位系统,Gij+p其传递函数为Gp(s)。设:ZG是被控对象传递函Kji=Hii(i≠j.i,j=1,2,⋯,n)(1)pdet(Gp)++ii数Gp(s)中的不稳定零点ZGp={z
9、∈S
10、Gp(s)=GpKii=Hii(i=j.i,j=1,2,⋯,n)(2)0},其中S+代表s平面的右半部。qdet(Gp)z为整数,使GijGp(s)p(2)式代(1)式:Kji=iiKiij≠i(3)得:limsvz(s-z)qz存在,且不为零时,如果qz>0,则Gp解耦后的闭环传递函数矩阵为在s=z处Gp(s)有qz个零点,如果qz<0,则在s=H=GpK=diag{Hii}=z处Gp(s)有qz个极点,如果qz=0,则在s=z处det(Gp)Gp(s)无零极点,而对于任何传递矩阵G1(s)和diagiiKii=diag{giiKii}Gp
11、G2(s),两者相乘后qz的个数为:qz(G1G2)=根据矩阵性质从(2)式导出的Kii的时滞是超qz(G1)+qz(G2
