过程控制的关联分析与解耦控制课件.ppt

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1、8关联分析与解耦控制1本章学习内容8.1控制回路间的关联8.2相对增益矩阵8.3减少和消除耦合的方法8.4解耦控制系统设计8关联分析与解耦控制2控制回路间的耦合单回路控制系统多回路控制系统各回路间的耦合8关联分析与解耦控制8.1控制回路间的关联一个调节量影响多个被控变量；一个被控变量受多个调节量的影响。Gc1Gp1R1Y1U1GcnGpnRnYnUn3图8.1精馏塔温度控制方案8关联分析与解耦控制塔顶回流量加热蒸汽量塔顶温度塔底温度4图8.2精馏塔温度控制系统方框图8关联分析与解耦控制5被控对象的典型耦合结构对于具有相同数目的输入量和输出量的控

2、制对象，典型的耦合结构可分为:P规范耦合V规范耦合8关联分析与解耦控制8.1控制回路间的关联6P规范耦合n个入（Uj）n个出（Yi）U1Y1UjYiUnYn8关联分析与解耦控制8.1控制回路间的关联Y=PU7图8.3P规范耦合对象方框图8关联分析与解耦控制8V规范耦合n个入（Uj）n个出（Yi）U1Y1UiYiUnYn8关联分析与解耦控制8.1控制回路间的关联9图8-4V规范耦合对象方框图8关联分析与解耦控制10耦合程度分析方法直接法解析法相对增益法求相对增益矩阵的计算方法8关联分析与解耦控制8.1控制回路间的关联11直接法借助耦合系统的方框图

3、，直接解析地导出各变量之间的函数关系，从而确定过程中每个被控量相对每个调节量的关联程度。注意：分析中，考虑的是系统的静态耦合结构8关联分析与解耦控制8.1.3耦合程度分析方法yi~uj12例8.1试用直接法分析下图双变量耦合系统的耦合程度。图8.5双变量耦合系统8关联分析与解耦控制13图8.6静态耦合结构8关联分析与解耦控制14直接法分析结果Y1主要受R1影响，也受R2影响Y2主要受R2影响，也受R1影响8关联分析与解耦控制15相对增益分析法相对增益λij是Uj相对于过程中其他调节量对该被控量Yi而言的增益（Uj→Yi）；λij定义为8关联分析

4、与解耦控制8.1.3耦合程度分析方法pij第一放大系数qij第二放大系数16第一放大系数pij指耦合系统中，除Uj到Yi通道外，其它通道全部断开时所得到的Uj到Yi通道的静态增益;即，除调节量Uj改变了Uj以外，其它调节量Uk（k≠j）均不变。pij可表示为：8关联分析与解耦控制Uj→Yi的增益（仅Uj→Yi通道投运，其他通道不投运）17第二放大系数qij指除所观察的Uj到Yi通道之外，其它通道均闭合且保持Yk（k≠j）不变时，Uj到Yi通道之间的静态增益。qij可表示为：8关联分析与解耦控制Uj→Yi的增益（不仅Uj→Yi通道投运，其他通道

5、也投运）18相对增益ij定义为：8关联分析与解耦控制相对增益ij表示其他回路投运与否对Uj→Yi增益的影响两放大系数相同，其它回路存在与否对该通道没有影响，即该通道与其他通道不存在关联；放大系数不同，各通道间有关联。198关联分析与解耦控制依相对增益判断过程（uj→yi）的关联程度λij=1λij=0λij=∞λij>1λij<1λij<0无静态关联关联严重其他回路未投入时yi不受uj影响（pij=0）投入后却有影响（pij≠0）了关联严重有关联其他回路投入后，uj→yi通道的增益下降需要解耦有关联需要解耦关联严重其他回路的投入与否是系统由

6、正反馈变成负反馈，系统由不稳定性变为稳定，或相反20相对增益矩阵由相对增益ij元素构成的矩阵，即8关联分析与解耦控制yiuj218.2.2相对增益的计算确定相对增益，关键是计算第一放大系数和第二放大系数。一种方法是解析法通过计算过程的微分分别计算出第一放大系数和第二放大系数，从而得到相对增益矩阵。另一种方法是第二放大系数直接计算法先计算第一放大系数，再由第一放大系数直接计算第二放大系数，从而得到相对增益矩阵。8关联分析与解耦控制22（1）第一放大系数pij的计算第一放大系数pij是在其余通道开路情况下，该通道的静态增益。8关联分析与解耦控制

7、23图8.7双变量静态耦合系统8关联分析与解耦控制计算p11时,其他回路要开环或者(2)(3)(4)开环或者令Kc2=0，使ΔU2=0所以p11=K11，p21=K21，p12=K12，p22=K2224（2）第二放大系数qij的计算第二放大系数qij是在其它通道闭合且保持Yk（k≠i）恒定的条件下，该通道的静态增益。8关联分析与解耦控制258关联分析与解耦控制计算q11时,其他回路要闭环且Y2固定不变令Kc2=∞，使Y2跟随R2而固定不变26图8.8计算q11的等效方框图8关联分析与解耦控制27类似地可求得（8.12）8关联分析与解耦控制分子

8、形式相同，符号有正反分母的对应关系28相对增益ij的计算。直接根据定义得（8.13）8关联分析与解耦控制298.2.3第二放大系数qij的直接计算法