自动化2013级过程控制课程课件 08 解耦控制.ppt

改进的解耦方案 简化初始化过程 某个回路饱和约束后，使该回路开环 改进的解耦方案 保证0λ111，两个解耦器符号相反，解耦环节构成一个负反馈回路 调和过程的解耦控制举例 非线性部分解耦 变比值控制，两个流量的比例保持不变，则成分C不变 非线性静态解耦的一般结构 + 调和过程的非线性静态解耦 + + 调和过程非线性静态解耦（续） + 调和过程的非线性完全解耦 非线性静态解耦系统闭环响应 MIMO耦合系统解耦控制小结 应通过关联分析并选择合适的输入输出配对: 1. 若关联不大或主要控制通道动态特性差别较大，则可采用常规的多回路PID控制器； 2. 若系统稳态关联严重，而且动态特性相近，则需要进行解耦设计。 常用的解耦方法： 前馈解耦、静态解耦、部分解耦、线性或非线性解耦等。 * * * 注意传递函数下标 * 参见multipid.mdl * Kc = 3 Ti = 3 * 第一放大系数：控制变量只能通过自身对被控变量产生影响。 第二放大系数：控制变量不但通过自身对被控变量产生影响，还可以通过其它闭环回路间接对被控变量产生影响。 * 注：上述计算公式中的 “●” 为两矩阵对应元素的相乘(点乘)！ * 若相对增益矩阵中，某些元素1，则对应行与列中必然有某些元素0。 * RGA在0～1之间 * 这种方法很容易进行手自动切换操作 * 这种方法很容易进行手自动切换操作 * 这种方法很容易进行手自动切换操作 * 这种方法很容易进行手自动切换操作 * 这种方法很容易进行手自动切换操作 * 这种方法很容易进行手自动切换操作 * 这种方法很容易进行手自动切换操作 * 动态解耦可能无法实现 * 这种方法很容易进行手自动切换操作 * 两个解耦环节又构成一个回路。讨论该回路的正负 * 两个解耦环节又构成一个回路。讨论该回路的正负 * 变比值控制，两个流量的比例保持不变，则成分C不变 相对增益矩阵 相互关连非常重要。它会影响到反馈控制是否可能，以及反馈控制的性能。 那么是否可以对关连进行量化呢？ 答案是可以。可采用相对增益矩阵 (RGA) 对关连进行量化。 G 传递函数矩阵 K 静态增益矩阵 相对增益的定义 第一放大系数 pij：在其它操纵变量 MVr (r≠j)均不变的前提下， MVj 对 CVi 的开环增益 第二放大系数 qij：在利用控制回路使其它被控量 CVr (r≠i) 均不变的前提下， MVj 对CVi 的开环增益 相对增益的定义（续） MVj 和 CVi 间的相对增益为 ，定义如下： 相对增益矩阵 应该选择 最接近1的变量配对 根据定义计算相对增益 稳态方程: 传递函数矩阵计算相对增益 其中det K 是矩阵K 的行列式；Kij是矩阵K 的代数余子式。 相对增益的性质 相对增益矩阵中每行或每列的总和均为1； 对于一个系统，当某一行或某一列相对增益λij均为正时，所有的相对增益都在0～1之间，称为正相关； 对于一个系统，当某一行或某一列相对增益λij均只要有一个大于1的，必定存在相对增益小于0的，称为负相关。 在这种情况下，当其它回路都开环时，稳态增益为0。 在这种情况下，稳态增益的符号随着其它 回路状态的改变（开环、闭环）而不同 在这种情况下，其它回路的开环与闭环对稳态增益的大小没有影响。 在这种情况下，其它回路闭环时的稳态增益比开环时要大。 在这种情况下，其它回路开环时的稳态增益比闭环时要大。 在这种情况下，其它回路闭环时的稳态增益为0。无法进行多回路控制 或 时，表明其他通道对通道关联大，应重新配对或解耦 变量配对 不能选择 的变量配对 不能选择 的变量配对 不能选择 的变量配对 应该选择 最接近1的变量配对 变量配对举例（调和过程） 是非线性 系统！ 变量配对举例（续） 1. 计算静态增益： 变量配对举例（续） 2. 计算一个相对增益： 变量配对举例（续） 3. 构造相对增益矩阵： 举例 —— 根据RGA选择变量配对 假设：稳态工作点(Q10,Q20,Q0,C0)；C1 C0 C2 变量配对：用量大的操作变量控总流量；用量小的操作变量控浓度。 变量配对举例（调和过程） 应该选择 最接近1的变量配对 用量大的操作变量控总流量；用量小的操作变量控浓度 多变量控制系统设计 经合适输入输出变量配对后，若关联不大，则可采用常规的多个单回路PID控制； 尽管系统稳态关联严重，但主要控制通道动态特性相差较大，则可通过调整PID参数，使各回路的工作频率拉开； 若系统稳态关联严重，而且动态特性相近，则需要进行解耦设计。 前馈补偿解耦 前馈补偿解耦 前馈补偿解耦 前馈补偿解耦 前馈补偿解耦 前馈补偿解耦 原理：使y1与uc2无关联；使y2与uc1