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解耦控制实验 背景描述： 1、实验过程描述： 流股 Cold 和Hot 进入储气罐，通过控制两路流股的流量来控制储气罐的压力和温度， 具体的流程见附录。 2 、控制变量： 储气罐的压力控制，设定压力为：400kpa ； 储气罐的温度控制，设定温度为：70degc 。 3、操作变量： 流股Cold 的流量； 流股Hot 的流量。 4 、解耦目标： 解耦的目标是通过前馈补偿来减少被控变量之间的耦合关系。 5、控制方案： 本实验对象是一个典型的2*2 解耦对象，那么设计到解耦配对的选择问题，可能的方案 有两种，如下： 方案一： 通过流股Cold 来控制储气罐的温度； 通过流股Hot 来控制储气罐的压力。 方案二： 通过流股Cold 来控制储气罐的压力； 通过流股Hot 来控制储气罐的温度。 实验目的： 1、根据仿真模型，了解双输入输出系统及其变量之间的相互耦合与影响； 2 、掌握解耦控制的基本原理与解耦控制其的设计方法。 实验内容： 1、根据流程模拟模型，辨识系统的过程模型对象的相对增益； 2 、根据相对增益阵来分析系统中变量匹配和调整参数设定； 3、采用前馈补偿法构成解耦控制方案，设计补偿器的数学模型，并在 UniSimDesign 仿真 平台上实现。 实验结论分析： 1、根据相对增益分析选择合适的解耦配对，并分析原因； 2 、解耦后，改变储气罐温度的设定值，储气罐的温度能够很好的跟踪设定值，而且基本不 影响储气罐的压力； 3、解耦后， 改变储气罐压力的设定值，储气罐的压力能够很好的跟踪设定值，而且基本 不影响储气罐的温度； 4 、给出常规PID 控制和解耦控制仿真曲线并分析。 附录： UniSim Design 仿真模型： PID 控制器设定页面： PID 模块采用速度PID 算法，具体的算法公式如下： e t −2e t −1 +e t −2 ⎤ 1 ( ( ) ( ) ( )) u t u t =−1 +K ⎡e t −e t −1 + e t h +T () ( ) c ⎣ () ( ) () d ⎥ T h i ⎦⎥ 其中： u t ，控制器输出； () u t −1 ，采样周期前的输出； ( ) e t ， 时刻的误差； () t h ，采样周期； K ,T ,T ，控制器参数。 c i d 引入补偿设定页面： 为了让控制器工作稳定，所有的前馈补偿需要一个过程模型，在Unisim Design 软件中，前 馈补偿的过程算法如下： T s +1 e−ds ( p 1 ) G s K ( ) p T s +1 p 2 其中： K ，增益； p T , T ，时间参数； p 1 p 2 d ，停滞时间或者延时 解耦前常规PID 效果图： 解耦后效果图：