二温区耦合加热器的建模与仿真.pdf

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1、一日一皿区耦合加热器的建模与仿真ModelingandSimulationofTwoCoupledHheaterTemperatureZone山东科技大学赵有波陶安利李迅蒋玉龙董丙龙ZhaoYouboTaoAnliLiXunJiangYulongDongBingiong摘要：本文首先介绍了前馈补偿解耦法和对角阵解耦法的原理，利用VB和组态王软件作为开发工具，对两种解耦方法的解耦效果进行了仿真研究，通过两种解耦方法的解耦效果，对这两种解耦方法做出了比较。关键词：解耦控制加热器仿真算法Abstract：Thispaperdescr

2、ibestheprincipleofmethodandthefeed·forwardcompensationdecouplingdecouplingmethodanddiagonalmatrixdecouplingmethod，whichusedVBandConfigurationsoftwareasadevelopmenttool，makethesimulationtheefectofdecouplingwiththetwodecouplingmethods，andcomparedtheefectofdecouplingwi

3、ththetwosolutionsdecouplingcouplingmethods．Keywords：DecouplingcontrolHeaterSimulationalgorithm【中图分类号】TL353【文献标识码】B文章编号1606—5123(2014)O1-0047-04l引言2多变量解耦控制算法解耦控制方法，它要求控制对象的特加热器温度控制是控制类实验中实际的工业控制对象大都是多输性矩阵与解耦补偿矩阵的乘积等于的典型，是高校实验室中必不可少入多输出的复杂模型，并且系统内部对角阵[2-3]o下面以双变量解耦系统的

4、实验。在工业现场中，电加热器各变量之间存在相互耦合关系。要为例，说明对角阵解耦的原理及可行是人们最为熟知、使用最广泛的加更好的实现对此类多变量耦合系统性。带对角阵解耦器的双变量解耦系热设备。多温区加热器是常见形式，的控制，必须加入解耦环节。目前，统框图如图1所示。由于各温区之间存在耦合，所以多温多变量解耦控制算法有很多，一图1中D。(z)、D：(z)分别为回路区加热器的温度控制存在一定难度。般常用的有前馈补偿解耦法、反馈解l和回路2控制器的脉冲传递函数，若不考虑解耦补偿，在实际中也能耦法、对角阵解耦法及单位阵解耦法Fll(z)

5、、F12(z)、F21(z)及F22(z)为解耦控制到给定温度，但需要的时间长，等。本设计将说明使用较多的前馈补补偿器的脉冲传递函数，H(s)为零并且外界的干扰打破平衡点后，很难偿解耦法和对角阵解耦法的原理及阶保持器的传递函数。加入零阶保持再进入稳态过程。在没有达到给定值解耦效果。器，可以把前一时刻的采样值一直保之前，加热器往往不能使用，这样就2．1对角阵解耦法原理持到下一采样时刻到来之前。如果给造成能源浪费。对角阵解耦法是一种最为常见的零阶保持器输入理想单位脉冲6(t)，Www．CA168．COM47此方法同样适用。当然，变

6、量越多，解耦补偿矩阵就越复杂，解耦的实现难度就越大。2_2前馈补偿解耦法原理前馈补偿解耦法是多变量解耦控制中应用最早的一种解耦方法。该方法的主要特点是结构简单，解耦算法容易实图1带对角阵解耦器的双变量解耦系统框图现，易于用计算机进行控制，并且效果明显，因此得到了较广泛的应用。带前馈补偿器的双变量解耦系统框图如图2所示。图2中F：(z)、F21(z)为解耦补偿器的脉；中传递函数，其他模块均与图1中对应的模块相同。若要实现u。与Y：、u：与Y的解耦，根据前馈补偿原理可得：图2带前馈补偿器的双变量解耦系统框图则其脉；中过度函数gh(

7、t)是幅值为1，持续时间为T的矩{【uU2lG2l2，,(z)++u“,，2F2,，2((zz))GG212。l(z))=：=。0(一7)形脉冲，并可将其分解为两个单位阶跃函数之和：得到前馈补偿解耦法的传递函数为：gh(t)l(t)-l(t—T)(1)对式(1)取拉式变换，可得零阶保持器的传递函数：一()：一：(2)所以有广义对象的脉冲传递函数为：将式(8)得到的解耦补偿阵F(z)转化为差分方程的形Gll(z)Z[H(s)Gl1(s)】，Gl2(z)=Z[H(s)Gl2(s)]式，即可用计算机编程来实现解耦控制。G。(z)=Z

8、[H(s)G。(s)】，G：2(z)：Z[H(s)G：(s)】(3)根据对角阵解耦的要求，控制对象的特性矩阵与解耦3系统硬件设计补偿矩阵的乘积等于对角阵，可得：本设计的研究目标是用通用仿真平台配合计算机等完成对二温区耦合控制系统的半实物仿真。此平台用于lG2(z)G22(z)