5.8 解耦控制58 解耦控制.doc

5.8 解耦控制 5.8.1 实验目的 1. 了解系统耦合现象和解耦的意义。 2. 了解解耦的条件和基本方法。 3. 进一步学习用Multisim、MATLAB仿真软件对实验内容中的电路进行仿真。 5.8.2实验原理与线路 解耦控制又称互不影响控制，一对一控制。解耦问题是多输入量多输出量线性定常系统综合理论中的一个重要组成部分。一般多输入量多输出量受控制系统的每个输入分量对各个输出分量都互相关联（耦合）。即一个输入分量可以控制多个输出分量；反之，一个输出分量受多个输入分量控制，解耦问题是寻找合适的控制规律使闭环系统实现一个输出分量仅仅受一个输入分量控制，而且不同的输出分量受不同的输入分量控制。 双变量系统结构如图5.8.1所示，其被控对象为互相耦合的双输入双输出系统，U1(S)和U2(S)为控制量，Y1(S)和Y2(S)为输出量。在图5.8.1中可实现R1(S)对C1(S)和R2(S)对C2(S)的解耦控制。 图5.8.1 双变量系统结构图 1. 被控对象的模拟电路如图5.8.2所示，结构框图如图5.8.3所示。 图5.8.2 被控对象的模拟电路 图5.8.3被控对象的模拟电路结构图 2.开环界解耦控制方框图如图5.8.4所示。 图5.8.4 .开环解耦控制框图 3. 闭环解耦PID方框图如图5.8.5所示，此图是在开环解耦的基础上，构成反馈控制系统。 图5.8.5 闭环解耦PID框图 经PID校正以后，可形成二独立的闭环系统，PID参数的选择与单回路系统的选择方法相同。 为了检验系统是否解耦，取两输入信号为方波和三角波。若将此两信号加入图5.8.2耦合系统，将会发现在C1(S)中会有方波和三角波成分，若将此信号加入图5.8.4开环耦合系统，会看到C1(S)和C2(S)单独方波的响应和单独三角波的响应，但过渡过程还不算快，若将此信号加入到图5.8.5的PID解耦控制系统时，有反馈作用和PID作用，合理的选择PID参数，将会看到C1(S)和C2(S)基本是方波和三角波。 5.8.3实验内容 （1）测出图5.8.2 被控对象的模拟电路的波形图。 （2）根据图5.8.4开环解耦控制框图设计一个原理电路并测出其输出响应波形。 （3）根据图5.8.5闭环解耦PID框图设计一个原理电路并测出其输出响应波形。 5.7.4 实验步骤 1. 测试系统与计算机的连接 （1） 连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入R(S)接A／D、D／A卡的DA1输出，电路的输出C(S)接A／D、D／A卡的AD1输入。检查无误后接通电源。 （2） 启动计算机，在桌面双击图标[自动控制实验系统]运行软件。 （3） 测试计算机与实验箱的通信是否正常，通信正常继续。如通信不正常查找原 因使通信正常后才可以继续进行实验。 2. 开环实验 (1) 选中[实验课题一解耦控制一开环实验]菜单项。鼠标点击将弹出实验课题参数设置窗口。参数设置完成后点击确认等待观察波形。 3. 闭环实验 （1）选中[实验课题一解耦控制一闭环实验]菜单项，鼠标点击该选项将弹出实验课题参数设置窗口，参数设置完成后点击确认等待观察波形。 （2）修改实验参数设置窗口中所用的参数值，观察波形的变化。 4. 耦合实验 （1）选中[实验课题一解耦控制一耦合实验]菜单项，鼠标点击该选项将弹出实验课题参数设置窗口，参数设置完成后点击确认等待观察波形。 （2）修改实验参数设置窗口中所用的参数值，观察波形的变化。 5.8.5 仿真实验 1. Multisim仿真实验 在Multisim仿真平台上建立如图5.8.6（a）C)所示为C2(S)的响应仿真。 （a） (b) C1(S)的响应仿真图 (C) C2(S)的响应仿真图 图5.8.6 耦合系统仿真 2. MATLAB 6.0仿真实验 启动MATLAB 6.0，进入Simulink后新建文档，在文档里绘制系统的结构框图。双击各传递函数模块，在出现的对话框内设置相应的参数。点击工具栏的按钮或simulation菜单下的start命令进行仿真。双击示波器模块观察仿真结果。 （1）耦合系统（被控对象为互相耦合的双输入双输出系统）系统结构框图如图5.8.7(a)所示，C1(S)的仿真响应结果如图5.8.7(b)，C2(S)的仿真响应结果如图5.8.7 (c)所示。仿真时（R1(S)为方波信号，R2(t)为锯齿波信号，幅度频率均为1） (a) 原耦合系统结构框图 (b) C1的仿真响应图 (c) C2的仿真响应图 图5.8.7 原耦合系统仿真图 （2）开环解耦控制 开环解耦控制系统结构框图如图5.8.8(a)所示，C1(S)的仿真响应结果如图5.8.8(b)，C2(S)的仿真响应结果如图5.8.8 (c)所示。