浙大工业过程控制10解耦控制

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1、MIMO过程的解耦控制戴连奎浙江大学智能系统与决策研究所8/27/20211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8/27/20212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。8/27/20213课件多变量系统

2、中的耦合基本问题：若采用SISO控制器，如何进行输入输出变量之间的配对？8/27/20214课件多回路PID控制8/27/20215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8/27/20216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：8/27/20217课件相对增益系数的计算方法1输入输出稳态方程8/27/20218课件相对增益系数的计算方法2注：上述计

3、算公式中的“●”为两矩阵对应元素的相乘！8/27/20219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。8/27/202110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.8/27/202111课件相对增益与耦合程度当通道的相对增益接近于1，例如0.8<λij<1.2，则表明其它通道

4、对该通道的关联作用很小;当相对增益小于零或接近于零时，说明使用本通道调节器不能得到良好的控制效果。或者说，这个通道的变量选配不适当，应重新选择。当相对增益在0.3到0.7之间或者大于1.5时，则表明系统中存在着非常严重的耦合。需要考虑进行解耦设计或采用多变量控制系统设计方法。8/27/202112课件变量配对举例(调和过程)为非线性系统！8/27/202113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8/27/202114课件变量配对举例（续）3.工作点Q0附近线

5、性化8/27/202115课件变量配对举例（续）4.对于稳态工作点Q0计算某一相对增益：8/27/202116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：8/27/202117课件变量配对举例（续）6.进行合适的变量配对(假设C1>y20>C2)：8/27/202118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

6、如解耦设计。8/27/202119课件调和过程工况举例1F1=80T/hr，F2=20T/hr，F=100T/hr；C1=75%，C2=25%，C=64%。相对增益矩阵为：输入输出的正确配对：8/27/202120课件多回路控制方案#1（F-F1,C-F2）8/27/202121课件调和过程多回路控制模型#18/27/202122课件多回路控制方案#1的闭环响应8/27/202123课件多回路控制方案#2（C-F1,F-F2）8/27/202124课件调和过程多回路控制模型#28/27/202125课件多回路控制方案#2的闭环响

7、应8/27/202126课件耦合过程的控制系统设计经合适输入输出变量配对后，若关联不大，则可采用常规的多回路PID控制器；尽管系统稳态关联严重，但主要控制通道动态特性差别较大，仍可通过调整PID参数，使各回路的工作频率拉开；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。8/27/202127课件解耦控制系统的设计前馈补偿法解耦原理：使y1与uc2无关联；使y2与uc1无关联8/27/202128课件解耦控制系统的设计前馈补偿法（续）8/27/202129课件解耦控制系统的设计对角矩阵法8/27/202130课件

8、解耦控制系统的设计对角矩阵法（续）8/27/202131课件解耦控制系统的设计单位矩阵法8/27/202132课件解耦控制系统的简化设计（稳态解耦法）8/27/202133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