过程控制 第二篇复杂控制.ppt

* 两配对回路（ μ1→y1，μ2→y2）闭合后，交叉通道构成正反馈，导致不稳定： 不稳定回路分析：μ1↑→ y2↑→μ2↓→y1↓→ μ1↑ ——正反馈 * 单元制火力发电机组负荷对象 GpB(s) Gpμ(s) GNB(s) GNμ(s) μ N pT B N pT B Vs μ μ N pT B 负荷控制为多变量控制，对象存在存在耦合 GpB(s) Gpμ(s) GNB(s) GNμ(s) μ N pT B PID PID GNB(s) GNμ(s) GpB(s) Gpμ(s) μ pT N B PID PID 简单控制方案 缺陷：一个回路的控制动作会对其他回路产生影响。 原因：系统之间存在耦合。 因此，了解系统之间的耦合是进行多变量自动控制系统设计的关键。 §7-1 相对增益 相对增益：一个调节量μi对一个被调量的yj的影响 设系统的开环增益矩阵为P，记作： 矩阵P的元素pij的静态值称为μj到通道yi的第一放大系数，即μj到通道yi的静态增益。表示为 1. 相对增益定义 G22(s) G21(s) G12(s) G11(s) μ1 y1 y2 μ 2 对于双变量系统 设所有其它回路闭合，保持其它被调量不变的情况下，各通道开环增益矩阵为Q。它的元素qij的静态值称为μj到通道yi的第二放大系数。表示为： 定义 为μj到通道yi的相对增益 由 元素组成的矩阵Λ为相对增益矩阵。 2. 相对增益计算 设式 中P为满秩，则有： 式中H=P-1 定义 则有 相对增益计算式 对双变量系统有 因此有如下关系存在： 横加 纵加 推广之，则有 相对增益反映的系统耦合特性： （1）0.8λij1.2，表明其它通道对该通道的耦合弱，不需解耦； （2）λij≈0，表明本通道通道调节作用弱，不适宜最为调节通道； （3）0.3λij0.7或1.5，表明其它通道对该通道的耦合强，需解耦。 4. 相对增益性质 §7-2 耦合系统中的变量匹配和调节器参数整定 耦合的多变量系统调节量和被调量之间的配对是进行良好控制的必要条件。 GpB(s) Gpμ(s) GNB(s) GNμ(s) μ N pT B PID PID GNB(s) GNμ(s) GpB(s) Gpμ(s) μ pT N B PID PID 1. 变量之间的配对 （1）0.8λij1.2 根据定义 其它通道闭环与否对该通道影响很小，表明其它通道对该通道的耦合弱。不需要解耦，变量配对合适。 （2）λij≈0 表明该通道调节量对被调量的影响很微弱，变量配对不合适，不适宜最为调节通道。 k22g22 (s) k21g21(s) k12g 12(s) k11g11(s) μ1 y1 y2 μ 2 说明μ1与y1 、 μ2与y2的配对合适，这样的配对系统不需解耦。 例如：双变量系统 若取 则： 说明μ1与y2 、 μ2与y1的配对不合适。 k22g22 (s) k21g21(s) k12g 12(s) k11g11(s) μ1 y1 y2 μ 2 G22(s) G21(s) G12(s) G11(s) μ1 y1 y2 μ2 PID PID G12(s) G11(s) G22(s) G21(s) μ1 y2 y1 μ2 PID PID （3）0.3λij0.7 说明其它回路的闭合使该通道的等效增益增加，耦合强，需解耦。 k22g22 (s) k21g21(s) k12g 12(s) k11g11(s) μ1 y1 y2 μ 2 Gc(s) k11g11 (s) y1 μ1 根据： （4）λij1.5 说明其它回路的闭合使该通道的等效增益减小，耦合强，需解耦。 k22g22 (s) k21g21(s) k12g 12(s) k11g11(s) μ1 y1 y2 μ 2 Gc(s) k11g11 (s) y1 μ1 根据： 2. 调节参数的整定 （1）λij≈1，耦合很弱，系统设计无需考虑解耦。 k22g22 (s) k21g21(s) k12g 12(s) k11g11(s) μ1 y1 y2 μ 2 k11g11 (s) y1 μ1 k22g22 (s) y1 μ2 系统按单变量系统设计，调节器参数按单变量整定方法整定。 Gc1(s) Gc2(s) 如： 双变量对象λ11≈1 （2）λij≈0，表明该通道调节量对被调量的影响很微弱，变量配对不合适。 k22g22 (s) k21g21(s) k12g 12(s) k11g11(s) μ1 y1 y2 μ 2 k21g21 (s) y2 μ1 k12g12 (s) y1 μ2 Gc1(s) Gc2(s) 如： 双变量对象λ11≈0