张建明 浙江大学智能系统与控制研究所 2016年05月19日 多变量过程解耦控制 张建明 浙江大学智能系统与控制研究所 2016年05月19日
主要内容 多变量控制系统设计 解耦器的设计原理 线性串级解耦器 线性前馈解耦器 非线性稳态解耦器
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; 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。
解耦设计的条件 对象 #1: 对象 #2: 讨论:该选择哪种变量配对?是否需要解耦? 即使是最好的变量配对,仍存在强耦合 两回路动态特性接近 两被控变量同等重要 对象 #1: 对象 #2: 讨论:该选择哪种变量配对?是否需要解耦?
解耦器设计原理 设计解耦器以消除两回路间的交叉作用,即:
串级解耦方案#1 解耦条件 ?
串级解耦方案#1 实现问题?
串级解耦方案#2 若
串级解耦方案#2 问题: (1) MVs初始值如何选取?(2)控制器“手动/自动”切换时或某一MVs受限时,上述系统如何工作?
前馈解耦方案
前馈解耦控制器设计 动态解耦器: 稳态解耦器: 两个解耦环节又构成一个回路。讨论该回路的正负 前馈解耦器实际应用中可能存在的问题?
非线性稳态全解耦器设计原理 基本设计思想: 其中,
非线性稳态三角解耦设计原理 基本设计思想:
调合过程非线性稳态 三角解耦举例 稳态模型: 令
调合过程非线性稳态 三角解耦设计 U1变化不会影响y2
调合过程非线性稳态 全解耦设计举例 稳态模型: 令
调合过程稳态 全解耦设计举例(续) 稳态模型: 非线性解耦器:
调合过程非线性解耦器实现 解耦器: V1=y1 V2=(c1-c)/(c1-c2)
调合过程非线性解耦 仿真结果
多变量系统的 耦合分析与解耦设计小结 相对增益的概念 过程增益矩阵的获取与相对增益矩阵的计算 CVs 与 MVs 配对原则 基于传递函数方块图的串级与前馈解耦设计 基于过程机理的非线性稳态解耦设计