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系统解耦控制

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实验二、 系统解耦控制

一、实验目的

1、 掌握解耦控制的基本原理和实现方法。

2、 学习利用模拟电路实现解耦控制及实验分析。

二、实验仪器

1、 TDN—AC/ACS型自动控制系统实验箱一台

2、 示波器

3、 万用表

三、实验原理与内容

一般多输入多输出系统的矩阵不是对角阵，每一个输入量将影响所有输出量，而每一个输出量同样受到所有输入量的影响，这种系统称为耦合系统。系统中引入适当的校正环节使传递矩阵对角化，实现某一输出量仅受某一输入量的控制，这种控制方式为解耦控制，其相应的系统称为解耦系统。解耦系统输入量与输出量的维数必相同，传递矩阵为对角阵且非奇异。

1、 串联控制器()cGs实现解耦。

图2-1用串联控制器实现解耦

耦合系统引入控制器后的闭环传递矩阵为

1()[()()()]()()pcpcsIGsGsHsGsGs

左乘[()()()]pcIGsGsHs，整理得

1()()()[()()]pcGsGssIHss

式中()s为所希望的对角阵，阵中各元素与性能指标要求有关，在()Hs为对角阵的条件下，1[()()]IHss仍为对角阵，

11()()()[()()]cpGsGssIHss 设计串联控制器()cGs可使系统解耦。

2、 用前馈补偿器实现解耦。

解耦系统如图2-2，

图2-2 用前馈控制器实现解耦

解耦控制器的作用是对输入进行适当变换实现解耦。解耦系统的闭环传递函数

1()[()]()()ppdsIGsGsGs

式中()s为所希望的闭环对角阵，经变换得前馈控制器传递矩阵

1()()[()]()dppGsGsIGss

3、 实验题目

双输入双输出单位反馈耦合系统结构图如图。

图2-3 系统结构图

设计解耦控制器对原系统进行解耦，使系统的闭环传递矩阵为

10(1)()10(51)sss

通过原系统输出量（1,2yy）与偏差量（1,2ee）之间的关系 112210()()21()()111YsEssYsEss

得到原系统开环传递矩阵 ()pGs

1021()111psGss

由输出量（1,2yy）输入量（1,2uu）个分量之间的关系为

112210()()2(1)()()2112(2)2YsUssYsUssss

原系统闭环传递矩阵

'102(1)()2112(2)2sssss

1）设计的串联控制器为：由于()HsI

11()()()[()]cpGsGssIs

1111000(1)(1)211151001(51)(51)ssssssss 210(21)(1)15sssssss

反馈控制器实现系统解耦的结构图

图2-4用串联控制器实现解耦的系统结构图

2）设计的前馈控制器为：

'11()()[()]()()()dppGsGsIGssSs

带入参数得：202(21)51sss

前馈控制器实现系统解耦的结构图

图2-5用前馈控制器实现解耦的系统结构图

四、实验步骤 1、 根据实验题目采用串联控制器或前馈控制器，在实验板上设计解耦系统的模拟实验线路并搭接实验电路。

2、1U单元11S置阶跃档，12S置下档，调节11W和12W使端输出幅值为1周期为5s的方波信号。

3、时1()01()(),(),()01()1()ttUtUtUttt分别作用于系统时，用示波器观察两路的输出，并记录波形。

五、实验报告

1、 画出闭环解耦系统方框图及实验模拟电路图。

2、 用示波器观测并记录解耦前后系统的输出波形。

3、 利用MATLAB的SIMULINK建原系统模型及解耦控制系统模型，按实验步骤3进行仿真，得出实验结果。

4、 将仿真结果与实验结果做比较分析。

5、 叙述解耦控制的意义。

六、实验预习

1、 阅读实验原理与内容，并对相关公式进行推导。

2、 利用MATLAB的SIMULINK建原系统模型及解耦控制系统模型，按实验步骤3进行仿真，体会解耦控制的意义。

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解耦控制系统仿真

解耦控制系统仿真

综合性设计型实验报告

系别：化工机械系 班级：10级自动化（2）班 2013—2014学年第 一 学期

学号 1020301027 姓名 李忠坪 指导教师 王淑钦

课程名称 综合性设计型实验

实验名称 解耦控制系统仿真研究 实验类型 设计性

实验地点 实验时间 2013.12.16--2013.12.27

实验内容：（简述）

1、针对确定的双输入双输出控制对象模型，进行多变量控制系统耦合程度分析，计算相对增益，确定变量配对。

2、设计解耦控制器。

3、利用MATLAB simulink软件进行对象仿真研究，包括建立仿真框图和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线。

4、针对以上仿真结果进行比较分析，理解解耦控制器设计的意义和过程。

5、利用MATLAB simulink软件进行控制系统仿真研究，包括建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线。

实验目的与要求：

1、掌握解耦控制的基本原理和实现方法。

2、学习利用模拟电路实现解耦控制及实验分析。

设计思路：（设计原理、设计方案及流程等）

1、查阅资料确定一双输入双输出控制对象模型，分析多变量控制系统的耦合程度分析，计算相对增益，确定变量配对。

2、设计解耦控制器。

3、利用MATLAB simulink软件进行对象仿真研究，包括建立仿真框图和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线。

A、先完成不存在耦合时的仿真框图建立并得出仿真结果。

B、完成系统耦合时的仿真框图建立并得出仿真结果。

C、进行解耦控制仿真框图的建立并得出仿真结果。

4、针对以上仿真结果进行比较分析，理解解耦控制器设计的意义和过程。

5、利用MATLAB simulink软件进行控制系统仿真研究，包括建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线。

A、针对单回路系统（无耦合）的系统进行控制系统仿真框图建立，得出仿真结果。

过程控制系统多变量解耦控制系统

过程控制系统多变量解耦控制系统

过程控制系统多变量解耦控制系统

过程控制系统多变量解耦控制系统（Multivariable Decoupling

Control System）是一种能够同时控制多个相关变量的控制系统。在传统的控制系统中，通常只有一个控制回路，而多变量解耦控制系统则可以通过多个回路同时对多个变量进行控制，从而实现变量之间的解耦。

在实际的工程应用中，往往需要控制多个相关的变量。这些变量之间可能存在交互作用，控制其中一个变量可能会对其他变量产生影响。传统的单变量控制系统无法有效地解决这个问题，因为它们无法考虑到变量之间的相互关系。

多变量解耦控制系统通过建立多个独立的控制回路，每个回路分别控制一个相关变量，从而实现变量之间的解耦。解耦的目标是使每个回路的输出变量不再受到其他变量的影响，即通过调整每个回路的控制器参数，使得系统变得稳定并能够达到预期的控制效果。

多变量解耦控制系统的设计一般包括两个主要步骤：解耦器设计和控制器设计。解耦器的作用是抑制变量之间的相互干扰，从而实现变量的解耦。解耦器通常根据系统的数学模型来设计，通过调整解耦器的参数，可以实现变量之间的解耦效果。

在解耦器设计的基础上，需要设计每个回路的控制器。控制器的设计一般采用传统的控制方法，如PID控制器或者先进的控制算法。控制器的目标是为每个回路选择合适的控制参数，使得系统的稳定性和控制精度得到保证。

多变量解耦控制系统在实际应用中具有广泛的应用。例如，在化工过程中，需要控制多个过程变量，如温度、压力和流量等。传统的单变量控制方法无法满足工艺的需求，而多变量解耦控制系统可以通过解耦变量之间的相互作用，实现高效的过程控制。

总之，多变量解耦控制系统是一种用于控制多个相关变量的控制系统。它通过建立多个独立的控制回路，实现变量之间的解耦，并通过调整控制器参数，使得系统达到稳定和预期的控制效果。在工程应用中，多变量解耦控制系统具有广泛的应用前景，可以提高工艺的控制精度和稳定性，从而实现更高效的过程控制。

解耦控制系统仿真 2

解耦控制系统仿真 2

综合性设计型实验报告

系别：化工机械系 班级：10级自动化（2）班 2013—2014学年第 一 学期

学号 27 姓名 李忠坪 指导教师 王淑钦

课程名称 综合性设计型实验

实验名称 解耦控制系统仿真研究 实验类型 设计性

实验地点 实验时间

实验内容：（简述）

1、针对确定的双输入双输出控制对象模型，进行多变量控制系统耦合程度分析，计算相对增益，确定变量配对。

2、设计解耦控制器。

3、利用MATLAB simulink软件进行对象仿真研究，包括建立仿真框图和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线。

4、针对以上仿真结果进行比较分析，理解解耦控制器设计的意义和过程。

5、利用MATLAB simulink软件进行控制系统仿真研究，包括建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线。

实验目的与要求：

1、掌握解耦控制的基本原理和实现方法。

2、学习利用模拟电路实现解耦控制及实验分析。

设计思路：（设计原理、设计方案及流程等）

1、查阅资料确定一双输入双输出控制对象模型，分析多变量控制系统的耦合程度分析，计算相对增益，确定变量配对。

2、设计解耦控制器。

3、利用MATLAB simulink软件进行对象仿真研究，包括建立仿真框图和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线。

A、先完成不存在耦合时的仿真框图建立并得出仿真结果。

B、完成系统耦合时的仿真框图建立并得出仿真结果。

C、进行解耦控制仿真框图的建立并得出仿真结果。

4、针对以上仿真结果进行比较分析，理解解耦控制器设计的意义和过程。

5、利用MATLAB simulink软件进行控制系统仿真研究，包括建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线。

A、针对单回路系统（无耦合）的系统进行控制系统仿真框图建立，得出仿真结果。

B、针对解耦之后的双输入双输出系统进行控制系统系统仿真框图建立，得出仿真结果。

抽汽汽轮机组DEH系统的解耦控制

抽汽汽轮机组DEH系统的解耦控制

２００７年第５期　液压与气动　４９　

纪云锋　

Ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ＤＥＨ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ　Ｓｔｅａｍ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　

ＪＩ　Ｙｕｎ－ｆｅｎｇ　

（杭州和利时自动化有限公司，浙江杭州　３１００１８）　

摘要：介绍了采用ＤＤＶ电液伺服阀控制技术的抽汽汽轮机组数字电液调节系统（即ＤＥＨ），讨论了抽　

汽汽轮机电负荷、热负荷的的解耦控制方法。　

关键词：汽轮机；ＤＥＨ系统；解耦　

中图分类号：ＴＨ１３７；ＴＰ２１４文献标识码：Ｂ文章编号：１０００—４８５８｛２００７）０５－００４９．０２　

１前言　基于单回落控制的抽汽汽轮机组电负荷、热负荷　的调节，并未考虑两者之间的相互影响，即高调门控制　

电负荷，低调门控制热负荷，电负荷和热负荷两者之间　

存在着很强的耦合关系。这样，当热负荷变化时电负　

荷受到影响，电负荷变化时供热参数也同时受到干扰。　汽轮机电液调节控制系统通过引入解耦控制技术，可　

以很好地解决这个问题。　

２抽汽汽轮机组的调节原理　

抽汽汽轮机组的调节原理如图１所示，总蒸汽流量：　Ｄｌ＝Ｄ。　＋Ｄ２　（１）　

发电机功率：　

Ｎ＝Ｄｌ＋Ⅳ２　（２）　

如需增加功率Ⅳ，则应增加　１，Ｄ１增加，此时若　

２不变，相应的Ｄ２未变，则Ｄ。　和ｐ。　将增大。同样，　

如需增加ｐ。　和Ｄ。　，则应关小　２，Ｄ２减少，进入中压　缸的蒸汽做功Ⅳ２减小，此时若Ⅳｌ不变，相应的Ｄｌ　

未变，则会因Ⅳ　的减小而减小。　

高调汽门与中调汽门采用２个完全相同的电液控　制单元，它们完全独立。汽机功率与抽汽压力之间的　

解耦控制是通过控制器实现的，若要提高汽机功率，则　

应在开大高调门的同时，有比例地开大中调汽门，以保　持抽汽压力不变。若要提高抽汽压力，则应在减小中　调汽门开度的同时，有比例地开大高调汽门的开度，以　

保持汽机功率不变。　］　，Ｉ　４　

．　Ｉ　

ｌ　／５　—Ｄ２　６　

１．高调汽门２．高压缸３．中调汽门４．中压缸５．凝汽器　６．发电机Ｄｌ一总蒸汽流量Ｄ。ｘ．一抽汽流量　Ｄ２一进入中压缸的蒸汽流量　．７、ｒ一发电机功率　Ⅳ。一高压缸做功功率　Ｎ２一中压缸做功功率Ｘ　一高调门开度　２一中调门开度　ｐ。　广抽汽压力　图１抽汽汽轮机组的调节原理图