基于非线性静态反馈解耦的三容系统PI控制.pdf

工 004 2004年7月 控制 程 Jul．2 第11卷第4期 Control ofChina V01．11．No．4 En西nee血g 文章编号：1671—7848(2004)04—0352-04 基于非线性静态反馈解耦的三容系统PI控制 高兴泉1’2，刘 淳1，马苗苗1，陈 虹1 (1．吉林大学控制科学与工程系，吉林长春130025；2．吉林化工学院机电工程系，吉林吉林132022) 摘 要：三容系统实验台是模拟多容器流程系统的多输入多输出、时变、强耦合、非线 性的实验系统。采用一种基于非线性静态反馈的解耦方法进行三容实验系统的液位控制，当 系统满足一定的条件时，可以寻找到一个输出与等效新输入之间的线性微分方程关系，然后再 选择合适的状态反馈形式即可使该非线性系统解耦。经解耦，三容系统可分解为两个相互独立 的单输入单输出线性子系统，对每个这样的子系统可以采用PI控制。给出了应用的实验结果和 与没有使用解耦的PI控制方法的比较。 关键词：三容系统；解耦；静态反馈；PI控制 中图分类号：’rP27l 文献标识码：A 1引言 工业生产过程控制中的被控对象往往是多输 入多输出系统，回路之间存在着耦合的现象。即 系统的某一个输入影响到系统的多个输出，或者 系统的某一个输出受到多个系统输入的影响。有 时对该多变量系统进行解耦能够获得满意的控制 效果H州。本文介绍了一种基于非线性静态反馈 解耦的方法，将该方法用于三容实验控制系统 中，并对解耦后的子系统进行PI控制，取得了很 图1三窨买验系统结构示慝图 好的效果。 源。水泵1和水泵2分别给T。和T：供水，T，中的水 2三容实验系统 则只能通过耦合作用从T，或(和)T：中获得。整 个系统形成了回路。 多容器流程系统是过程控制中的一种典型的 被控对象，生产实践中有着广阔的应用背景。三 容实验系统就是模拟多容器流程系统的一个多输 入多输出、时变、强耦合、非线性的实验系统， MPX5010)以及水泵 它的液位控制算法的研究对实际的工程应用有着 非常重要的意义。吉林大学先进控制实验室开发 由以下非线性微分方程描述： 的三容系统实验台的结构示意图，如图1所示。 系统包括3个截面积为S的容器T。，T2和T，，其中T1 |sd矗·／dt=Qt—Qt3，5rd危／d￡=Q13一Q32，l(1) ’ 和T3、T3和T2、以及T2和蓄水池之间均有管子相Sd^／d￡=Q2+Q32一Q加 连，管子的截面积都是S。可以手动调节球状阀 式中，^沩’容器的液位；G是从容器i珊容器水的 门，来设置相应开口度。系统内流动的液体(通 常是蒸馏水)存储于蓄水池中，为水泵提供水 有： 收稿日期：2004-02—15；收修定稿日期：20014一04一05 基金项目：国家自然科学基金资助项目；吉林省杰出青年基金资助项目 作者简介：高兴泉(1976．)，男，吉林松原人，博士研究生，主要研究方向为最优估计，非线性控制等。 万方数据 第4期 高兴泉等：基于非线性静态反馈解