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多输入-多输出系统关联性及解耦控制
摘要:在现代化的工业生产中,不断出现一些较复杂的设备或装置,这些设备或装置的本身所要求的被控制参数往往较多,因
此,必须设置多个控制回路对这些设备进行控制。此时控制系统并非简单的单输入-单输出系统,而是较复杂的多输入-多输出系
统,由于控制回路的增加,往往会在它们之间造成相互影响,各输入量与个输出量之间存在一定的相互关系—关联性(耦合关
系)。系统中每一个控制回路的输入信号对其他回路的输出都会有影响,而每一个回路的输出又会受到其他输入的作用。要想一个
输入只去控制一个输出几乎不可能,这时往往使系统难于控制、性能很差。
关键词:系统关联性;解耦;控制;
0引言算除本通道控制变量改变外,其他各控制变量都维持不
本主要考虑解耦的方法来消除这种影响,所谓解耦控制,变(即其他各个回路都处于开环状态)时的增益
就是采用某种结构,寻找合适的控制规律来消除系统中各控制
:第二次计算其他各控制变量都变化,及其他各
回路之间的相互耦合关系,使每一个输入只控制相应的一个输
出,每一个输出又只受到一个控制的作用。回路都闭合(其他各回路被控变量保持不变)时的增益
1系统的关联。定义这两种情况下静态增益之比为该通道的相
1.1系统关联及影响对增益,及
所谓系统关联就是系统之间彼此相互影响。日常生
活中就有不少关联的例子。例如,在同一条水管上安装(1-1)
若干自来水龙头,当别人开大或开小所用的水龙头时,
你所用的水龙头的水流量也会随之发生变化。这就是系
如果计算j-i通道的相对增益,那么第一次就要
统关联。
计算除第j个控制变量变化外,其他各个控制变量都维
实际实际生产过程控制中经常会碰到系统间相互关
联的问题,要进行认真的分析和慎重的处理。如果其关持不变时的增益,第二次计算其他各个控制变量
联性比较密切,相互影响比较大而又处理不当,这不仅
都变化时(即其他各个回路都处于闭环控制状态时的增
会影响控制质量,可能还会是系统无法运行,甚至会导
致安全事故,应此必须给予足够的的重视。益。于是该通道的增益为:
1.2分析系统关联的方法
对于如何判别系统间的关联,下面介绍一种利用相
对增益来判断系统间关联的方法。
(1-2)
如果生产设备上同时存在n个控制系统,那么就有
n个被控变量和n个控制变量,习惯上成为n×n个多变
量系统。用y表示被控变量,用u表示控制变量。控制就是判断系统间相互关联程度的指标,现结合
变量u的改变对被控变量y的影响,可以用通道的增益式(1-2)分析如下:
(及静态放大倍数)来描述。第j个控制变量的改变
(1)当=1时,表明=,这就是
对第i个被控变量的影响(即该通道的增益),用
来表示。说,其他各回路闭合与否对与所组成的控制回路没
如果对每一条通道都计算两次静态增益:第一次计
有影响。也就是说该系统与其他各系统之间没有关系。
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