宋彤过程控制工程-8 关联解耦_lt

第10章 解耦控制系统当再同一设备或装置上设置两套以上控制系统时，就要考虑系统间关联的问题。

其关联程度可通过计算各通道相对增益大小来判断。

如各通道相对增益都接近于1，则说明系统间关联较小；如相对增益于1差距较大，则说明系统间关联较为严重。

对于系统间关联比较小的情况，可以采用控制器参数整定，将各系统工作频率拉开的办法，以削弱系统间的关联的影响。

如果系统间关联非常严重，就需要考虑解耦的办法来加以解决。

解耦的本质是设置一个计算装置，去抵消过程中的关联，以保证各个单回路控制系统能独立地工作。

为了便于分析，下面对2×2系统的关联及其解耦方法进行研究。

具有关联影响的2×2系统的方块图如图10—1所示。

从图10—1可看出，控制器c 1的输出p 1（s ）不仅通过传递函数G 11（s ）影响Y 1，而且通过交叉通道传递函数G 21（s ）影响Y 2。

同样控制器c 2的输出p 2（s ）不仅通过传递函数G 22（s ）影响Y 2，而且通过交叉通道传递函数G 12（s ）影响Y 1。

上述关系可用下述数学关系式进行表达：Y 1（s ）=G 11（s ）P 1（s ）+G 12（s ）P 2（s ）（10—1） Y 2（s ）=G 21（s ）P 1（s ）+G 22（s ）P 2（s ）（10—2）将上述关系式以矩阵形式表达则成：⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡)()()()()()()()(212221121121s P s P s G s G s G s G s Y s Y （10—3）或者表示成：Y （s ）=G （s ）P （s ）（10—4）式中 Y （s ）——输出向量；P （s ）——控制向量；G （s ）——对象传递矩阵：⎥⎦⎤⎢⎣⎡=)()()()()(22211211s G s G s G s G s G （10—5）所谓解耦控制，就是设计一个控制系统，使之能够消除系统之间的耦合关系，R 1） R 2图10—1 2×2关联系统方块图而使各个系统变成相互独立的控制回路。

解耦控制实验报告
实验目的：探究解耦控制在自动控制中的应用，并通过实验验证解耦
控制的有效性。

实验原理：
解耦控制是指将系统的输入与输出之间的耦合关系消除，使得系统能
够更加稳定地工作。

所谓输入与输出之间的耦合关系，即指系统在输入信
号作用下，输出信号会受到输入信号的一些干扰或影响。

解耦控制通过分
别对系统的输入和输出进行调节，达到解耦的效果。

在实际应用中，解耦控制可以提高系统的稳定性、可控性和响应速度，减小系统对干扰的敏感性，并且可以避免系统产生不可预测的输出。

实验设备和材料：
1.电脑
2. MatLab软件
3.控制系统实验中常用的电路组件（如电阻、电容等）
实验步骤：
1. 在MatLab中搭建解耦控制系统的数学模型。

2.根据系统模型，设计合适的控制器。

3.将控制器与系统连接起来，进行实验。

4.分别对比解耦控制和未解耦控制的结果并进行分析。

实验结果与分析：
在实验中，我们选择了一个典型的控制系统模型进行解耦控制实验。

实验结果显示，在解耦控制的情况下，系统的输出比未解耦控制的情况下更加稳定，且对干扰信号的响应更加迅速。

这说明解耦控制可以有效地降低系统的耦合性，提高系统的控制性能。

实验总结：
通过本次实验，我们深入了解了解耦控制在自动控制中的应用，并验证了解耦控制的有效性。

在实际应用中，解耦控制可以提高系统的稳定性和可控性，减小系统的不确定性和干扰影响，从而使系统能够更加稳定地工作。

因此，解耦控制在自动控制中具有广泛的应用前景。

一类实际工程问题的解耦PID控制器设计
李会军;陈明军
【期刊名称】《控制工程》
【年(卷),期】2008(15)3
【摘要】解耦一直是控制系统中比较难解决的实际问题,为了消除控制系统中耦合的成分,从一个实际的模型出发,通过建立系统模型的传递函数,利用多变量频率设计理论中静态解耦的思想,产生一个解耦器,从而消除系统中耦合的成分,使系统变成两个单输入单输出的模型,然后在此模型基础上,设计出一个解耦的PID控制器。

仿真结果验证了该解耦器能够减少系统中耦合的成分,达到解耦的目的。

该方法简单实用,可以推广到许多实际的耦合系统中。

【总页数】4页(P275-278)
【关键词】耦合;PID控制器;解耦器
【作者】李会军;陈明军
【作者单位】东南大学仪器科学与工程系,江苏南京 210096;南京理工大学自动化系,江苏南京 210094
【正文语种】中文
【中图分类】TP27
【相关文献】
1.改进BP神经网络PID多变量解耦控制器的设计 [J], 李爽;孙盛骐
2.化工双输入输出时滞过程解耦PID控制器解析设计 [J], 刘媛媛;张卫东
3.PEMFC阴极系统的混合智能PID解耦控制器设计 [J], 张颖颖;李曦;张颖;侯广利;孙继昌
4.一类非自衡对象的鲁棒内模PID控制器设计方法 [J], 刘立业
5.关于多变量PID自适应解耦控制器的设计 [J], 刘伟; 冯向军
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

解耦和耦合控制
一、解耦
数学中解耦是指使含有多个变量的数学方程变成能够用单个变量表示的方程组，即变量不再同时共同直接影响一个方程的结果，从而简化分析计算。

通过适当的控制量的选取，坐标变换等手段将一个多变量系统化为多个独立的单变量系统的数学模型，即解除各个变量之间的耦合。

最常见的有发电机控制，锅炉调节等系统。

软件开发中的耦合偏向于两者或多者的彼此影响，解耦就是要解除这种影响，增强各自的独立存在能力，可以无限降低存在的耦合度，但不能根除，否则就失去了彼此的关联，失去了存在意义。

二、耦合
在电子学和电信领域，耦合ǒuhé（英语：coupling）是指能量从一个介质（例如一个金属线、光导纤维）传播到另一种介质的过程。

在电子学中，耦合指从一个电路部分到另一个电路部分的能量传递。

例如，通过电导性耦合，能量从一个电压源传播到负载上。

利用电容器允许通过交流成分、阻挡直流成分的性质，可以将电路的交流部分和直流部分耦合起来。

变压器也可以充当耦合介质，通过在两端配置适当的阻抗，可以达到适当的阻抗匹配。

实验八解耦控制实验一、实验目的1．掌握解耦控制的基本原理和实现方法。

2．学习利用模拟实验分析研究解耦控制的基本方法。

二、实验仪器1．EL-AT-II型自动控制系统实验箱一台2．计算机一台三、实验内容1．解藕前原系统结构图如图8-1所示，其被控对象为互相耦合的双输入双输出系统，U1（t）和U2（t）为控制量，Y1（t）和Y2（t）为输出量。

图8-1 原系统结构图2．解藕前原系统的模拟电路和结构图如图8-2和图8-3。

图8-2 原系统模拟电路图图8-3 原系统结构图3．开环解耦控制方框图如图8-4。

图8-4 开环解耦控制方框图虚线框内系统由计算机软件编程实现。

4．闭环解耦PID方框图如图8-5，这个图是在开环解耦的基础上，构成反馈控制系统。

图8-5 闭环解耦PID方框图虚线框内系统由计算机软件编程实现。

经PID校正之后，可形成二独立的闭环系统，PID参数的选择与单回路系统的选择方法相同。

为了检验系统是否解耦，取DA1和DA2的阶跃输入信号都为1V。

若将此二信号加入图8-1耦合系统，将会发现Y1(t)和Y2（t）的输出信号都为2V；若将此二信号加入图16开环解耦系统，会看到Y1(t)和Y2(t)的输出信号分别为1V和2V，但过渡过程还不算快；若将此二信号加入图17的PID解耦控制系统时，有反馈作用和PID作用，合理的选择PID 参数，将会看到Y1(t)和Y(t)基本是1V和2V信号。

四、实验步骤1.连接被测量典型环节的模拟电路(图8-1)。

电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，输出Y1接A/D、D/A卡的AD1输入。

输入U2接A/D、D/A卡的DA2输出, 输出Y2接A/D、D/A卡的AD2输入。

检查无误后接通电源。

2.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。

3.测试计算机与实验箱的通信是否正常,通信正常继续。

如通信不正常查找原因使通信正常后才可以继续进行实验。

开环实验4.选中 [实验课题→解耦控制→开环实验] 菜单项,鼠标单击将弹出参数设置窗口。