第七章 解耦控制系统.pptVIP

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相对增益所反映的耦合特性以及“变量配对”措施(以2*2过程为例):λ11=1λ11=00λ111λ111λ110第二通道对第一通道无耦合作用,Y1对U1的变量配对合适;U1对Y1不发生任何控制作用,不能配对;第二通道与第一通道存在不同程度的耦合,特别当λ11=0.5时,两回路存在相同的耦合。此时无论怎样变量配对,耦合均不能解除,必须进行解耦;闭合第二个回路将减小Y1和U1之间的增益,说明回路间有耦合。Λ11增加,耦合程度随之增加,大到一定程度将不能独立控制两个输出变量;第二个回路的断开或闭合将会对Y1有相反的作用,两个控制回路将会以“相互不相容”的方式进行关联,如Y1与U1配对,将造成闭环系统的不稳定。2.相对增益与相对增益矩阵第28页,共58页,星期日,2025年,2月5日变量配对的实例第29页,共58页,星期日,2025年,2月5日变量配对的实例第30页,共58页,星期日,2025年,2月5日变量配对的实例第31页,共58页,星期日,2025年,2月5日变量配对的实例第32页,共58页,星期日,2025年,2月5日变量配对的实例第33页,共58页,星期日,2025年,2月5日在耦合非常严重的情况下,最有效的方法是采用多变量系统的解耦设计。3.解耦控制系统设计第34页,共58页,星期日,2025年,2月5日图7.3二输入二输出解耦系统解耦器N(S)若是对角阵,则可实现完全解耦3.解耦控制系统设计第35页,共58页,星期日,2025年,2月5日解耦控制设计的主要任务是解除控制回路或系统变量之间的耦合。解耦设计可分为完全解耦和部分解耦。完全解耦的要求是,在实现解耦之后,不仅调节量与被控量之间以一对一对应,而且干扰与被控量之间同样产生一一对应。3.解耦控制系统设计第36页,共58页,星期日,2025年,2月5日图8.15带前馈补偿器的全解耦系统一前馈补偿解耦法要实现对Uc1与Y2间的解耦3.解耦控制系统设计第37页,共58页,星期日,2025年,2月5日如果要实现对Uc1与Y2、Uc2与Y1之间的解耦,根据前馈补偿原理可得,(7.9)(7.10)3.解耦控制系统设计第38页,共58页,星期日,2025年,2月5日因此,前馈补偿解耦器的传递函数为(7.11)(7.12)3.解耦控制系统设计第39页,共58页,星期日,2025年,2月5日这种方法与前馈控制设计所论述的方法一样,补偿器对过程特性的依赖性较大。此外,当输入-输出变量较多时,则不宜采用此方法。3.解耦控制系统设计第40页,共58页,星期日,2025年,2月5日二对角阵解耦法对角阵解耦设计是一种常见的解耦方法。它要求被控对象特性矩阵与解耦环节矩阵的乘积等于对角阵。3.解耦控制系统设计第41页,共58页,星期日,2025年,2月5日第七章解耦控制系统第1页,共58页,星期日,2025年,2月5日学习内容1耦合过程及其要解决的问题2相对增益与相对增益矩阵3解耦控制系统的设计解耦控制系统第2页,共58页,星期日,2025年,2月5日1.耦合过程及其要解决的问题在一个生产装置中,往往需要设置若干个控制回路,来稳定各个被控变量。在这种情况下,几个回路之间,就可能相互关联,相互耦合,相互影响,构成多输入-多输出的相关(耦合)控制系统。第3页,共58页,星期日,2025年,2月5日控制回路间的关联Gij(s)表示第i个输入Ui对第j个输出yj的传递函数。控制系统的关联情况可以通过传递函数矩阵来表示。1.耦合过程及其要解决的问题第4页,共58页,星期日,2025年,2月5日如果G12(s)和G21(s)有一个不等于零,系统为半耦合或单方向关联系统。如果G12(s)和G21(s)都不等于零,系统为耦合或双向关联系统。1.耦合过程及其要解决的问题第5页,共58页,星期日,2025年,2月5日U1控y1,u2控y2?还是U1控y2,u2控y1?

选择控制作用Uj和yi的影响条件:

选择u对y有直接和快速影响,同时,y对u的滞后很小。选择(u,y)后使控制回路间的关联程度最小。1.耦合过程及其要解决的问题第6页,共58页,星期日,2025年,2月5日稳定性如何判别?1.耦合过程及其要解决的问题第7页,共58页,星期日,2025年,2月5日第8页,共58页,星期日,2025年,2月5日当两个回路有关联时,则闭环稳定性由特征方程:的根所决定。即特征方程的根具有负实部,两个关联回路是稳定的。

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