理论教育 多变量控制系统的部分解耦优化方案

多变量控制系统的部分解耦优化方案

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:显然,部分解耦过程的控制性能介于不解耦过程和完全解耦过程之间,对那些重要的被控变量要求比较突出,控制系统又要求不太复杂的控制过程经常采用部分解耦控制方案,由于部分解耦具有以下优点:切断了经过2个解耦器的第三回路,从而避免此反馈回路不稳定;阻止扰动进入解耦回路;避免解耦器误差所引起的不稳定;比完全解耦更易于设计和调整。

多变量控制系统的部分解耦优化方案

当系统中出现相对增益大于1时的情况,就必然存在着小于0的增益,如前所述的相对增益意味着系统存在着不稳定回路。此时,若采用部分解耦,即只采用1个解耦器解除部分系统的关联,就可能切断第三反馈回路,从而消除系统的不稳定性;此外,还可以防止第一回路的扰动进入第二个回路,虽然第二个回路的扰动仍然可以传到第一个回路,但是绝不会再返回到第二个回路。

实现部分解耦,首先,要决定哪些参数需要解耦,一般来说,重要被控变量的控制采取解耦,其他参数不解耦。在生产过程中,重要的被控变量决定着产品的质量,决定着生产过程能否顺利进行,该类参数控制要求高,应设计解耦控制性能优越的控制器和完善的控制系统,保证对该类参数的控制品质。控制过程对不重要的参数要求不高,耦合的存在对这些参数的控制虽造成一定的影响,但对产品质量或生产过程的顺利进行所产生的影响可以忽略,为了降低解耦装置的复杂程度,对该类参数可以不进行解耦。例知,在图10-11所示的控制系统中,如果控制Y1比控制Y2更为重要,那么就应该采用G N12(s)而不是G N21(s)来进行解耦,这样就补偿了U c2对Y1的关联影响,而U c1对Y2的耦合依然存在,但是不会再返回到Y1回路。当系统存在约束条件时,图10-11中的约束是加在U c2而不是U c1上,在这种情况下,约束可能引起Y2的失控和对Y1产生扰动,然而解耦器G N12(s)可从前馈通道防止约束条件影响Y1。因此,部分解耦在有、无约束条件下都是有用的。

其次,在选择采用哪个解耦器时,还需要考虑变量的相对响应速度。响应速度慢的被控变量采取解耦措施,响应速度快的参数不解耦,被控对象的多个被控变量对输入的响应速度是不一样的,如温度等参数响应较慢;压力流量等参数响应较快。响应快的被控变量受响应慢的参数通道的耦合影响小,可以不考虑耦合作用;响应慢的被控变量受响应快的被控变量通道的耦合影响大,应对响应慢的通道采取解耦措施。

显然,部分解耦过程的控制性能介于不解耦过程和完全解耦过程之间,对那些重要的被控变量要求比较突出,控制系统又要求不太复杂的控制过程经常采用部分解耦控制方案,由于部分解耦具有以下优点:

(1)切断了经过2个解耦器的第三回路,从而避免此反馈回路不稳定;(www.daowen.com)

(2)阻止扰动进入解耦回路;

(3)避免解耦器误差所引起的不稳定;

(4)比完全解耦更易于设计和调整。

因此部分解耦得到了较广泛的应用。例如,已成功地应用于精馏塔的成分控制。

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