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解耦控制系统设计与仿真 姓名： 专业： 学号： 第一章 解耦控制系统概述 1.1背景及概念 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该种设 备进行控制。由于控制回路的增加，往往会在它们之间造成相互影响的耦合作用， 也即系统中每一个控制回路的输入信号对所有回路的输出都会有影响， 而每一个 回路的输出又会受到所有输入的作用。 要想一个输入只去控制一个输出几乎不可 能，这就构成了“ 耦合 ”系统。由于耦合关系， 往往使系统难于控制、 性能很差。 所谓解耦控制系统， 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。 解耦控制是一个既古老又极富生命力的话题， 不确定性是工程实际中普遍存在的棘手现象。 解耦控制是 多变量系统 控制的有效 手段。 1.2主要分类 三种解耦理论分别是：基于 Morgan 问题的解耦控制，基于特征结构配置的 解耦控制和基于 H_∞的解耦控制理论。 在过去的几十年中，有两大系列的解耦方法占据了主导地位。其一是围绕 Morgan 问题的一系列状态空间方法，这种方法属于全解耦方法。这种基于精确 对消的解耦方法， 遇到被控对象的任何一点摄动， 都会导致解耦性的破坏， 这是 上述方法的主要缺陷。其二是以 Rosenbrock为代表的现代频域法，其设计目标 是被控对象的对角优势化而非对角化， 从而可以在很大程度上避免全解耦方法的 缺陷，这是一种近似解耦方法。 1.3相关解法 选择适当的控制规律将一个 多变量系统化为多个独立的单变量系统 的控制 问题。在解耦控制问题中， 基本目标是设计一个控制装置， 使构成的多变量控制 系统的每个输出变量仅由一个输入变量完全控制， 且不同的输出由不同的输入控 制。在实现解耦以后， 一个多输入多输出控制系统就解除了输入、 输出变量间的 交叉耦合，从而实现自治控制，即互不影响的控制。互不影响的控制方式，已经 应用在发动机控制、锅炉调节等工业控制系统中。多变量系统的解耦控制问题， 早在 30 年代末就已提出， 但直到 1969年才由 E.G.吉尔伯特比较深入和系统地加 以解决。 1．3.1完全解耦控制 对于输出和输入变量个数相同的系统 ,如果引入适当的控制规律 ,使控制系统 的传递函数矩阵为非奇异对角矩阵， 就称系统实现了完全解耦。 使多变量系统实 现完全解耦的控制器， 既可采用状态反馈结合输入变换的形式， 也可采用输出反 馈结合补偿装置的形式。给定 n 维多输入多输出线性定常系统 (A ，B，C) （见线 性系统理论），将输出矩阵 C 表示为 为 C 的第 j 个行向量 ,j =1,2, …,m，m 为输出向量的维数。 再规定一组结构指 数 di （i=1,2, …,m）:当 B=0, AB=0 …， AB =0 时，取 di= n-1；否则，di 取为使 CiAB N ，N n