解耦控制PPT文檔資料

1、.1第一章第一章 解耦控制系統(tǒng)解耦控制系統(tǒng)u被控過(guò)程的耦合現(xiàn)象及對(duì)控制過(guò)程的影響被控過(guò)程的耦合現(xiàn)象及對(duì)控制過(guò)程的影響u解耦控制系統(tǒng)解耦控制系統(tǒng)u解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)u解耦控制中的問(wèn)題解耦控制中的問(wèn)題u相對(duì)增益（自學(xué)）相對(duì)增益（自學(xué)）.21.11.1被控過(guò)程的耦合現(xiàn)象及對(duì)控制過(guò)程的影響被控過(guò)程的耦合現(xiàn)象及對(duì)控制過(guò)程的影響圖圖1-11-1為某精餾塔溫度控制系統(tǒng)為某精餾塔溫度控制系統(tǒng)圖圖1-1 某精餾塔溫度控制系統(tǒng)某精餾塔溫度控制系統(tǒng)u在石油化工生產(chǎn)中，使用的原料和反在石油化工生產(chǎn)中，使用的原料和反應(yīng)后的產(chǎn)物多是由若干組分組成的混合應(yīng)后的產(chǎn)物多是由若干組分組成的混合物，常需要進(jìn)行分離得到

2、比較純的組分物，常需要進(jìn)行分離得到比較純的組分作為中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品。要進(jìn)行蒸餾作為中間產(chǎn)品或最終產(chǎn)品。要進(jìn)行蒸餾處理。精餾塔是由精餾塔身、冷凝器和處理。精餾塔是由精餾塔身、冷凝器和再沸器等基本部件構(gòu)成。再沸器等基本部件構(gòu)成。u被控參數(shù)被控參數(shù): :塔頂溫度塔頂溫度t1t1和塔底溫度和塔底溫度t2t2，u控制變量控制變量: :塔頂回流量塔頂回流量q ql l和加熱蒸汽流和加熱蒸汽流量量q qs sut t1 1c:c:塔頂溫度控制器，其輸出塔頂溫度控制器，其輸出u1u1控制控制回流調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)塔頂回流量回流調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)塔頂回流量ql,ql,實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)塔頂溫度塔頂溫度t1t1控制?？刂?。ut t2

3、 2c:c:塔底溫度控制器，其輸出塔底溫度控制器，其輸出u2u2控制控制再沸器加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)加熱蒸汽再沸器加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)加熱蒸汽量量q qs s, ,實(shí)現(xiàn)塔底溫度實(shí)現(xiàn)塔底溫度t2t2控制?？刂?。.3兩個(gè)控制過(guò)程之間相互關(guān)聯(lián)，相互影響，存在耦合。兩個(gè)控制過(guò)程之間相互關(guān)聯(lián)，相互影響，存在耦合。兩個(gè)被控變量和兩個(gè)控制變量的關(guān)系可寫(xiě)為兩個(gè)被控變量和兩個(gè)控制變量的關(guān)系可寫(xiě)為g12(s)、g21(s)描述了系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)描述了系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)圖圖1-2 精餾塔溫度控制系統(tǒng)框圖精餾塔溫度控制系統(tǒng)框圖.4q實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有些過(guò)程往往實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有些過(guò)程往往是多輸入多輸出系統(tǒng)，是多輸入多

4、輸出系統(tǒng)，q實(shí)際被控對(duì)象不同，輸入、輸出之間實(shí)際被控對(duì)象不同，輸入、輸出之間的關(guān)系也不同。被控對(duì)象的某個(gè)輸出和的關(guān)系也不同。被控對(duì)象的某個(gè)輸出和某個(gè)輸入具有明顯的某個(gè)輸入具有明顯的“一一對(duì)應(yīng)一一對(duì)應(yīng)”的的“依賴依賴”性，而其他輸出和輸出性，而其他輸出和輸出 的相互的相互關(guān)系則很弱，可以忽略。此時(shí)的多輸入關(guān)系則很弱，可以忽略。此時(shí)的多輸入多輸出關(guān)系，可以簡(jiǎn)化為多個(gè)單輸入單多輸出關(guān)系，可以簡(jiǎn)化為多個(gè)單輸入單輸出的單回路控制系統(tǒng)。輸出的單回路控制系統(tǒng)。q當(dāng)多輸入多輸出系統(tǒng)中輸入輸出之間當(dāng)多輸入多輸出系統(tǒng)中輸入輸出之間相互耦合較強(qiáng)時(shí)，一個(gè)輸入量影響多個(gè)相互耦合較強(qiáng)時(shí)，一個(gè)輸入量影響多個(gè)輸出量，一個(gè)輸出

5、量受多個(gè)輸入量的影輸出量，一個(gè)輸出量受多個(gè)輸入量的影響。系統(tǒng)不能簡(jiǎn)單地簡(jiǎn)化為多個(gè)單回路響。系統(tǒng)不能簡(jiǎn)單地簡(jiǎn)化為多個(gè)單回路控制系統(tǒng)，此時(shí)應(yīng)采取解耦措施。控制系統(tǒng)，此時(shí)應(yīng)采取解耦措施。.5實(shí)現(xiàn)復(fù)雜過(guò)程的解耦有三個(gè)層次的辦法：實(shí)現(xiàn)復(fù)雜過(guò)程的解耦有三個(gè)層次的辦法：u突出主要被控參數(shù)，忽略次要被控參數(shù)，將過(guò)程簡(jiǎn)化為單參突出主要被控參數(shù)，忽略次要被控參數(shù)，將過(guò)程簡(jiǎn)化為單參數(shù)過(guò)程。數(shù)過(guò)程。u尋求輸出輸入間的最佳匹配，選擇因果關(guān)系最強(qiáng)的輸入輸出，尋求輸出輸入間的最佳匹配，選擇因果關(guān)系最強(qiáng)的輸入輸出，逐對(duì)構(gòu)成各個(gè)控制通道，弱化各控制通道之間即變量之間的逐對(duì)構(gòu)成各個(gè)控制通道，弱化各控制通道之間即變量之間的耦合耦合

6、; ;u設(shè)計(jì)一個(gè)解耦補(bǔ)償器設(shè)計(jì)一個(gè)解耦補(bǔ)償器g gp p(s)(s)實(shí)現(xiàn)解耦控制。實(shí)現(xiàn)解耦控制。.61.2 1.2 解耦控制系統(tǒng)解耦控制系統(tǒng) 解耦控制即通過(guò)解耦環(huán)節(jié)，使存在耦合的被控過(guò)程的每個(gè)解耦控制即通過(guò)解耦環(huán)節(jié)，使存在耦合的被控過(guò)程的每個(gè)控制變量的變化只影響與其配對(duì)的被控參數(shù)，而不影響其控制變量的變化只影響與其配對(duì)的被控參數(shù)，而不影響其他控制回路的被控參數(shù)?？砂讯嘧兞狂詈峡刂葡到y(tǒng)分解為他控制回路的被控參數(shù)?？砂讯嘧兞狂詈峡刂葡到y(tǒng)分解為若干相互獨(dú)立的單變量控制系統(tǒng)。若干相互獨(dú)立的單變量控制系統(tǒng)。解耦環(huán)節(jié)經(jīng)常采用的設(shè)計(jì)方法有：解耦環(huán)節(jié)經(jīng)常采用的設(shè)計(jì)方法有： 前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計(jì) 對(duì)

7、角矩陣解耦設(shè)計(jì)對(duì)角矩陣解耦設(shè)計(jì) 單位矩陣解耦設(shè)計(jì)單位矩陣解耦設(shè)計(jì) 反饋解耦設(shè)計(jì)反饋解耦設(shè)計(jì).71.31.3解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 1、前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)（二變量）解耦、前饋補(bǔ)償解耦設(shè)計(jì)：實(shí)現(xiàn)（二變量）解耦圖中圖中g(shù) gp21p21(s)(s)、g gp12p12(s)(s)為解耦環(huán)節(jié)的傳函，為解耦環(huán)節(jié)的傳函，前饋補(bǔ)償解耦的基本思想是將前饋補(bǔ)償解耦的基本思想是將u1u1對(duì)對(duì)y2y2的影響，的影響，u2u2對(duì)對(duì)y1y1的影響視為的影響視為擾動(dòng)，并按前饋補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ龜_動(dòng)影響。擾動(dòng)，并按前饋補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ龜_動(dòng)影響。g(s)gp(s).8根據(jù)前饋控制的擾動(dòng)補(bǔ)償原理（不變性原理）根據(jù)前饋

8、控制的擾動(dòng)補(bǔ)償原理（不變性原理）干擾干擾u1(s)對(duì)被控參數(shù)對(duì)被控參數(shù)y2(s)的影響為：的影響為： y2(s)=u1(s)g21(s)+u1(s)gp21(s)g22(s)=u1(s)(g21(s)+gp21(s)g22(s)如果要求如果要求u1(s)對(duì)被控參數(shù)對(duì)被控參數(shù)y2(s)沒(méi)有影響，則需沒(méi)有影響，則需g21(s)+gp21(s)g22(s)=0即解耦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型為即解耦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型為gp21(s)= -g21(s)/g22(s)同理可求同理可求gp12(s) gp12(s)= -g12(s)/g11(s)u1(s)u2(s)uc1(s)uc2(s)圖圖1-3 1-3 前饋補(bǔ)償解耦

9、系統(tǒng)前饋補(bǔ)償解耦系統(tǒng).92 2、對(duì)角矩陣解耦設(shè)計(jì)、對(duì)角矩陣解耦設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一解耦環(huán)節(jié)，使被控過(guò)程的傳函矩陣設(shè)計(jì)一解耦環(huán)節(jié)，使被控過(guò)程的傳函矩陣g(s)g(s)與解耦環(huán)節(jié)的傳函矩陣與解耦環(huán)節(jié)的傳函矩陣g gp p(s)(s)的乘的乘積所構(gòu)成的廣義對(duì)象矩陣積所構(gòu)成的廣義對(duì)象矩陣(g(s) g(g(s) gp p(s)(s)為一對(duì)角陣，從而消除變量之間的耦合。為一對(duì)角陣，從而消除變量之間的耦合。u1(s)u2(s)uc1(s)uc2(s)gp(s)g (s)實(shí)現(xiàn)對(duì)角解耦后的等效系統(tǒng)框圖實(shí)現(xiàn)對(duì)角解耦后的等效系統(tǒng)框圖)()()(.00).()(2)( 1212211sususgsgsysy.10)().()

10、().()(22211211sgsgsgsgsgu1(s)u2(s)uc1(s)uc2(s)gp(s)g (s)()()(.00).()(2)(1212211sususgsgsysy耦合對(duì)象的傳函矩陣為耦合對(duì)象的傳函矩陣為根據(jù)解耦要求，解耦后的等效傳遞函數(shù)矩陣為對(duì)角陣。即：根據(jù)解耦要求，解耦后的等效傳遞函數(shù)矩陣為對(duì)角陣。即：解耦環(huán)節(jié)的傳函矩陣為解耦環(huán)節(jié)的傳函矩陣為)().()().()(22211211sgsgsgsgsgppppp)()()().()().()()(212221121121sususgsgsgsgsusuppppcc)()()().()().()().()().()()()(

11、).()().()(2)( 12122211211222112112122211211sususgsgsgsgsgsgsgsgsususgsgsgsgsysyppppcc)(.00).()().()().()().()().(22112221121122211211sgsgsgsgsgsgsgsgsgsgpppp可求得解耦環(huán)節(jié)的傳函矩陣為可求得解耦環(huán)節(jié)的傳函矩陣為.11u 二維系統(tǒng)，對(duì)角矩陣解耦法和前饋補(bǔ)償解耦法具有相同的解耦效果，但是相二維系統(tǒng)，對(duì)角矩陣解耦法和前饋補(bǔ)償解耦法具有相同的解耦效果，但是相比較而言，用對(duì)角矩陣法解耦，解耦網(wǎng)絡(luò)中包含四個(gè)解耦支路模型，而用前比較而言，用對(duì)角矩陣法解耦

12、，解耦網(wǎng)絡(luò)中包含四個(gè)解耦支路模型，而用前饋解耦法解耦只需要兩個(gè)支路模型，用前饋補(bǔ)償法進(jìn)行解耦，所需的解耦網(wǎng)饋解耦法解耦只需要兩個(gè)支路模型，用前饋補(bǔ)償法進(jìn)行解耦，所需的解耦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。絡(luò)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。u 前饋補(bǔ)償法是目前工業(yè)上應(yīng)用最普遍的一種解耦方法。前饋補(bǔ)償法是目前工業(yè)上應(yīng)用最普遍的一種解耦方法。u1(s)u2(s)uc1(s)uc2(s)gp(s)g (s).12u1(s)u2(s)uc1(s)uc2(s)gp(s)g (s)n對(duì)于兩個(gè)變量以上的多變量系統(tǒng)，通過(guò)矩陣運(yùn)算可求得解耦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型對(duì)于兩個(gè)變量以上的多變量系統(tǒng)，通過(guò)矩陣運(yùn)算可求得解耦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型n解耦后的等效傳遞函數(shù)矩陣的

13、主對(duì)角線上保留了原對(duì)象傳遞函數(shù)陣中主對(duì)角線上解耦后的等效傳遞函數(shù)矩陣的主對(duì)角線上保留了原對(duì)象傳遞函數(shù)陣中主對(duì)角線上的元素，如果將等效傳遞函數(shù)矩陣的主對(duì)角線上的元素變?yōu)榈脑?，如果將等效傳遞函數(shù)矩陣的主對(duì)角線上的元素變?yōu)?，就得到了單位矩陣，就得到了單位矩陣解耦法。解耦法。.133 3、 單位矩陣解偶設(shè)計(jì)單位矩陣解偶設(shè)計(jì)單位矩陣解耦法是對(duì)角矩陣解耦法的一種特例單位矩陣解耦法是對(duì)角矩陣解耦法的一種特例使被控過(guò)程的傳使被控過(guò)程的傳函矩陣函矩陣g(s)g(s)與解耦環(huán)節(jié)的傳函矩陣與解耦環(huán)節(jié)的傳函矩陣gp(s)gp(s)的乘積所構(gòu)成的廣義對(duì)象的乘積所構(gòu)成的廣義對(duì)象矩陣為單位矩陣，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)解耦。矩陣為

14、單位矩陣，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)解耦。1112111221222122( )( )( )( )10( )( )( )( )01ppppgsgsgsgsgsgsgsgs111121112212221222212211111221221( )( )( )( )10( )( )( )( )01( )( )1( )( )( )( )( )( )ppppgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgs gsgs gs實(shí)現(xiàn)對(duì)角解耦后的等效系統(tǒng)框圖實(shí)現(xiàn)對(duì)角解耦后的等效系統(tǒng)框圖可求得解耦環(huán)節(jié)的傳函矩陣為可求得解耦環(huán)節(jié)的傳函矩陣為可以看出，如果采用單位矩陣法解耦，可以看出，如果采用單位矩陣法解耦，不但消除了原耦合系統(tǒng)

15、間的關(guān)聯(lián)，同時(shí)不但消除了原耦合系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)，同時(shí)改變了等效被控對(duì)象的特性，由于對(duì)象改變了等效被控對(duì)象的特性，由于對(duì)象特性為特性為1 1，因此極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)，因此極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是單位矩陣法解耦也有缺點(diǎn)，定性。但是單位矩陣法解耦也有缺點(diǎn)，即其解耦網(wǎng)絡(luò)模型要比其他解耦法求出即其解耦網(wǎng)絡(luò)模型要比其他解耦法求出來(lái)的模型更加難以實(shí)現(xiàn)。來(lái)的模型更加難以實(shí)現(xiàn)。.144 4、利用反饋設(shè)計(jì)補(bǔ)償器、利用反饋設(shè)計(jì)補(bǔ)償器(1)(2)）兩種形式效果相同圖圖1-4 1-4 反饋補(bǔ)償解耦控制系統(tǒng)反饋補(bǔ)償解耦控制系統(tǒng).151.41.4解耦控制中的問(wèn)題解耦控制中的問(wèn)題1 1、部分解耦問(wèn)題、部分解耦問(wèn)題.162

16、 2、 解耦系統(tǒng)的簡(jiǎn)化解耦系統(tǒng)的簡(jiǎn)化一般情況下，解耦補(bǔ)償器要比一般控制器復(fù)雜得多，設(shè)計(jì)中往往希望所設(shè)計(jì)一般情況下，解耦補(bǔ)償器要比一般控制器復(fù)雜得多，設(shè)計(jì)中往往希望所設(shè)計(jì)的解耦控制器既能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，又能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。的解耦控制器既能簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，又能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制要求。我們?cè)谇懊嬗懻摻怦罹W(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的時(shí)候，被控過(guò)程數(shù)學(xué)模型越復(fù)雜，維數(shù)越高，我們?cè)谇懊嬗懻摻怦罹W(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的時(shí)候，被控過(guò)程數(shù)學(xué)模型越復(fù)雜，維數(shù)越高，則解耦補(bǔ)償器的模型越復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)越困難。因此，要?jiǎng)t解耦補(bǔ)償器的模型越復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)越困難。因此，要對(duì)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型進(jìn)對(duì)被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化行簡(jiǎn)化，再對(duì)，再對(duì)解耦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡(jiǎn)化解耦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡(jiǎn)化，在

17、實(shí)際中進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整，可獲得比較滿意，在實(shí)際中進(jìn)行反復(fù)的調(diào)整，可獲得比較滿意的效果。的效果。根據(jù)控制理論，對(duì)根據(jù)控制理論，對(duì)被控耦合對(duì)象的簡(jiǎn)化處理被控耦合對(duì)象的簡(jiǎn)化處理主要考慮以下幾方面：主要考慮以下幾方面：（1 1）具備主導(dǎo)極點(diǎn)的系統(tǒng)，用該主導(dǎo)極點(diǎn)代表的環(huán)節(jié)近似代替高階系統(tǒng)。）具備主導(dǎo)極點(diǎn)的系統(tǒng)，用該主導(dǎo)極點(diǎn)代表的環(huán)節(jié)近似代替高階系統(tǒng)。這樣可降低過(guò)程模型階數(shù)；這樣可降低過(guò)程模型階數(shù)；（2 2）如果傳遞函數(shù)矩陣元素中時(shí)間常數(shù)不等，且最大時(shí)間常數(shù)和最小時(shí)間）如果傳遞函數(shù)矩陣元素中時(shí)間常數(shù)不等，且最大時(shí)間常數(shù)和最小時(shí)間常數(shù)之間相差十倍以上，可以忽略最小時(shí)間常數(shù)常數(shù)之間相差十倍以上，可以忽略最小時(shí)間

18、常數(shù); ;如果幾個(gè)時(shí)間常數(shù)大小接近如果幾個(gè)時(shí)間常數(shù)大小接近時(shí)，可以認(rèn)為他們相等?？扇⊥恢荡妫@樣可以簡(jiǎn)化補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)，便于實(shí)時(shí)，可以認(rèn)為他們相等?？扇⊥恢荡妫@樣可以簡(jiǎn)化補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)，便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)?，F(xiàn)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)。.17利用反饋補(bǔ)償解耦控制時(shí)，補(bǔ)償環(huán)節(jié)利用反饋補(bǔ)償解耦控制時(shí)，補(bǔ)償環(huán)節(jié)gp21(s)=? gp12(s)=?習(xí)題習(xí)題1-1.18對(duì)于解耦網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化對(duì)于解耦網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化：用靜態(tài)解耦代替動(dòng)態(tài)解耦，簡(jiǎn)化補(bǔ)償器：用靜態(tài)解耦代替動(dòng)態(tài)解耦，簡(jiǎn)化補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)。靜態(tài)解耦就是令解耦網(wǎng)絡(luò)矩陣為常系數(shù)矩陣，會(huì)降低解耦結(jié)構(gòu)。靜態(tài)解耦就是令解耦網(wǎng)絡(luò)矩陣為常系數(shù)矩陣，會(huì)降低解耦的性能，雖會(huì)有動(dòng)態(tài)偏差

19、，但是靜態(tài)解耦能使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，還的性能，雖會(huì)有動(dòng)態(tài)偏差，但是靜態(tài)解耦能使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，還能在一定程度上減小被控參數(shù)變化的幅值，不失為一種有效的補(bǔ)能在一定程度上減小被控參數(shù)變化的幅值，不失為一種有效的補(bǔ)償方法。償方法。.19靜態(tài)解耦：如一個(gè)靜態(tài)解耦：如一個(gè)22系統(tǒng)，求出的解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)矩陣為系統(tǒng)，求出的解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)矩陣為采用靜態(tài)解耦，解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)矩陣為采用靜態(tài)解耦，解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)矩陣為.20習(xí)題習(xí)題1-2利用對(duì)角矩陣解耦控制時(shí)，補(bǔ)償環(huán)節(jié)的利用對(duì)角矩陣解耦控制時(shí)，補(bǔ)償環(huán)節(jié)的 gp (s)=?.21習(xí)題習(xí)題1-3多變量多變量解耦控制在空調(diào)解耦控制在空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)的應(yīng)用.22

20、調(diào)節(jié)器傳函為調(diào)節(jié)器傳函為gc11(s)=0.6055(1+1/0.0057s+13.46s) gc22(s)=0.4784(1+1/0.0062s+13.12s)兩個(gè)空氣處理機(jī)兩個(gè)空氣處理機(jī)ahua和和ahub送風(fēng)溫度控制回路的傳遞函數(shù)，即被控耦合送風(fēng)溫度控制回路的傳遞函數(shù)，即被控耦合系統(tǒng)的傳函為系統(tǒng)的傳函為兩個(gè)空氣處理機(jī)兩個(gè)空氣處理機(jī)(ahu)間存在耦合關(guān)系，所以需進(jìn)行解耦控制，采用前饋補(bǔ)償解耦控制間存在耦合關(guān)系，所以需進(jìn)行解耦控制，采用前饋補(bǔ)償解耦控制g(s)gp(s)要求：要求：1、采用前饋補(bǔ)償解耦控制，求解耦網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型、采用前饋補(bǔ)償解耦控制，求解耦網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型gp(s)， 2、并

21、利用、并利用matlab的的simulink對(duì)耦合系統(tǒng)及解耦控制進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析。對(duì)耦合系統(tǒng)及解耦控制進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析。 溫度溫度a的設(shè)定值在的設(shè)定值在600s時(shí)從時(shí)從30階躍至階躍至26，在，在1400s時(shí)從時(shí)從26階躍至階躍至28； 溫度溫度b的設(shè)定值在的設(shè)定值在1000s時(shí)從時(shí)從30階躍至階躍至26，在，在1700s時(shí)從時(shí)從26階躍至階躍至27.23解耦網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型的純滯后時(shí)間無(wú)論是相對(duì)于被控對(duì)象還是相對(duì)于兩個(gè)控制回解耦網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型的純滯后時(shí)間無(wú)論是相對(duì)于被控對(duì)象還是相對(duì)于兩個(gè)控制回路之間相互影響的數(shù)學(xué)模型中的純滯后時(shí)間常數(shù)，都是很小的，所以可忽略為路之間相互影響的數(shù)學(xué)模型中的純滯后時(shí)間

22、常數(shù)，都是很小的，所以可忽略為兩個(gè)純滯后環(huán)節(jié)。兩個(gè)純滯后環(huán)節(jié)。簡(jiǎn)化后的解耦網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型為簡(jiǎn)化后的解耦網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型為:解：由解：由可知前饋補(bǔ)償解耦控制，解耦網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型為可知前饋補(bǔ)償解耦控制，解耦網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)模型為.24兩個(gè)空氣處理機(jī)耦合系統(tǒng)仿真圖兩個(gè)空氣處理機(jī)耦合系統(tǒng)仿真圖.25送風(fēng)溫度送風(fēng)溫度a給定給定送風(fēng)溫度送風(fēng)溫度b給定給定.26送風(fēng)溫度送風(fēng)溫度 a和送風(fēng)溫度和送風(fēng)溫度 b的響應(yīng)曲線（未解耦）的響應(yīng)曲線（未解耦）.27兩個(gè)空氣處理機(jī)耦合系統(tǒng)解耦控制仿真圖兩個(gè)空氣處理機(jī)耦合系統(tǒng)解耦控制仿真圖.28送風(fēng)溫度送風(fēng)溫度 a和送風(fēng)溫度和送風(fēng)溫度 b的響應(yīng)曲線（已解耦）的響應(yīng)曲線（已解耦）.291.

23、5 相對(duì)增益相對(duì)增益(自學(xué)自學(xué)) 對(duì)于多變量耦合系統(tǒng)，如何判斷系統(tǒng)不同控制回對(duì)于多變量耦合系統(tǒng)，如何判斷系統(tǒng)不同控制回路之間的關(guān)聯(lián)（耦合）程度？路之間的關(guān)聯(lián)（耦合）程度？ 分析方法有：相對(duì)增益、奇異值分析、分析方法有：相對(duì)增益、奇異值分析、jacobi特特征值準(zhǔn)則等方法。征值準(zhǔn)則等方法。.301、 相對(duì)增益相對(duì)增益相對(duì)增益的定義：相對(duì)增益的定義：1112121222312nnnnnnn .312、相對(duì)增益與耦合特性：、相對(duì)增益與耦合特性：.32.333 3、相對(duì)增益的確定方法、相對(duì)增益的確定方法主要有實(shí)驗(yàn)法、解析法和間接法。主要有實(shí)驗(yàn)法、解析法和間接法。（1 1）實(shí)驗(yàn)法）實(shí)驗(yàn)法所謂實(shí)驗(yàn)法即是按

24、定義求取相對(duì)增益的方法，該方法的求解完全依據(jù)定義進(jìn)行。所謂實(shí)驗(yàn)法即是按定義求取相對(duì)增益的方法，該方法的求解完全依據(jù)定義進(jìn)行。利用實(shí)驗(yàn)法求第一放大系數(shù)比較易于實(shí)現(xiàn)。求第二放大系數(shù)時(shí)，要保持某個(gè)輸出利用實(shí)驗(yàn)法求第一放大系數(shù)比較易于實(shí)現(xiàn)。求第二放大系數(shù)時(shí)，要保持某個(gè)輸出變化，其他輸出不變，在大多數(shù)實(shí)際系統(tǒng)中不可行。因此，實(shí)驗(yàn)法在實(shí)際使用中有較變化，其他輸出不變，在大多數(shù)實(shí)際系統(tǒng)中不可行。因此，實(shí)驗(yàn)法在實(shí)際使用中有較大困難，甚至在實(shí)際的過(guò)程對(duì)象中難以進(jìn)行。大困難，甚至在實(shí)際的過(guò)程對(duì)象中難以進(jìn)行。（2 2）解析法）解析法解析法是基于被控過(guò)程的工作原理，通過(guò)對(duì)輸入、輸出數(shù)學(xué)關(guān)系的變換和推導(dǎo)，解析法是基于被

25、控過(guò)程的工作原理，通過(guò)對(duì)輸入、輸出數(shù)學(xué)關(guān)系的變換和推導(dǎo)，求得相對(duì)增益的方法。求得相對(duì)增益的方法。（3 3）間接法）間接法上述實(shí)驗(yàn)法在實(shí)際使用中受到限制，難于實(shí)際應(yīng)用。解析法由于計(jì)算量較大，在上述實(shí)驗(yàn)法在實(shí)際使用中受到限制，難于實(shí)際應(yīng)用。解析法由于計(jì)算量較大，在使用中，顯得較為煩瑣，而間接法是通過(guò)相對(duì)增益與第一放大系數(shù)的關(guān)系，利用第一使用中，顯得較為煩瑣，而間接法是通過(guò)相對(duì)增益與第一放大系數(shù)的關(guān)系，利用第一放大系數(shù)求得相對(duì)增益的方法，相對(duì)較為實(shí)用。放大系數(shù)求得相對(duì)增益的方法，相對(duì)較為實(shí)用。.344、解耦控制系統(tǒng)分類及解耦方法.35解耦控制系統(tǒng)分類及解耦方法.36相對(duì)增益相對(duì)增益的定義的定義21222221