《過程控制系統(tǒng)與儀表》P247解耦控制系統(tǒng)

03解耦控制的進一步討論02解耦控制系統(tǒng)設(shè)計01被控過程的耦合現(xiàn)象及對控制過程的影響解耦控制系統(tǒng)被控過程的耦合現(xiàn)象及對控制過程的影響在一個生產(chǎn)過程中，被控變量和控制變量往往不止一對，只有設(shè)置若干個控制回路，才能對生產(chǎn)過程中的多個被控變量進行準(zhǔn)確、穩(wěn)定地調(diào)節(jié)。

在這種情況下，多個控制回路之間就有可能產(chǎn)生某種程度的相互關(guān)聯(lián)、相互耦合和相互影響。而且這些控制回路之間的相互耦合還將直接妨礙各被控變量和控制變量之間的獨立控制作用，有時甚至?xí)茐母飨到y(tǒng)的正常工作，使之不能投入運行。被控過程的耦合現(xiàn)象及對控制過程的影響被控過程的耦合現(xiàn)象及對控制過程的影響對角矩陣解耦設(shè)計02前饋補償解耦設(shè)計01單位矩陣解耦設(shè)計03解耦控制系統(tǒng)設(shè)計前饋補償解耦設(shè)計前饋補償解耦設(shè)計如果要實現(xiàn)對U1（s）與Y2（s）、U2（s）與Y1（s）之間的解耦，根據(jù)前饋補償原理可得，U1(s)G21(s)+U1(s)N21(s)G22(s)=0U2(s)G12(s)+U2(s)N12(s)G11(s)=0由以上二式可求得前饋解耦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，即：N21(s)=-G21(s)/G22(s)N12(s)=-G12(s)/G11(s)對角矩陣解耦設(shè)計和單位矩陣解耦設(shè)計對角矩陣解耦設(shè)計

對角矩陣設(shè)計法是對所示解耦控制系統(tǒng)設(shè)計一個解耦環(huán)節(jié)，使解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)矩陣N(s)與被控過程的傳遞函數(shù)矩陣G(s)的乘積Gp(s)成為對角陣，消除多變量被控過程之間的相互耦合。即Gp(s)=G(s)N(s)=diang[Gii(s)]式中Gii(s)為矩陣G(s)的對角元素。單位矩陣解耦設(shè)計

對角矩陣設(shè)計法是對所示解耦控制系統(tǒng)設(shè)計一個解耦環(huán)節(jié)，使解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)矩陣N(s)與被控過程的傳遞函數(shù)矩陣G(s)的乘積Gp(s)成為單位陣，即Gp(s)=G(s)N(s)=E不同解耦控制系統(tǒng)設(shè)計方法的比較

采用不同的解耦方法都能達(dá)到解耦的目的，采用單位陣解耦法的優(yōu)點更突出。對角陣解耦法和前饋補償解耦法得到的解耦效果和系統(tǒng)的控制質(zhì)量是相同的，這兩種方法都是設(shè)法解除交叉通道，并使其等效成兩個獨立的單回路系統(tǒng)。而單位陣解耦法，除了能獲得優(yōu)良的解耦效果之外，還能提高控制質(zhì)量，減少動態(tài)偏差，加快響應(yīng)速度，縮短調(diào)節(jié)時間。1控制變量與被控參數(shù)的配對2部分解耦解耦控制的進一步討論3解耦環(huán)節(jié)的簡化控制變量與被控參數(shù)的配對

對存在耦合的被控過程進行控制系統(tǒng)設(shè)計之前，首先要確定每個被控參數(shù)所對應(yīng)的控制變量，即解決耦合過程中被控參數(shù)與被控變量之間的配對問題。對匹配關(guān)系比較明顯的多變量系統(tǒng)，憑經(jīng)驗就可確定控制變量與被控參數(shù)之間的配對關(guān)系；而對關(guān)聯(lián)關(guān)系比較復(fù)雜的對變量控制過程，需要進行深入地分析才能確定控制變量與被控參數(shù)之間的關(guān)系。部分解耦

當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)相對增益大于1時，就必然存在著小于零的增益。如前所述，一個小于零的相對增益意味著系統(tǒng)存在著不穩(wěn)定回路。此時若采用部分解耦，即只采用一個解耦器，解除部分系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，就可能切斷第三反饋回路，從而消除系統(tǒng)的不穩(wěn)定性；此外，還可以防止第一回路的干擾進入第二個回路，雖然第二個回路的干擾仍然可以傳到第一個回路，但是決不會再返回到第二個回路。部分解耦部分解耦具有以下優(yōu)點：

①切斷了經(jīng)過兩個解耦器的第三回路，從而避免此反饋回路出現(xiàn)不穩(wěn)定；

②阻止干擾進入解耦回路；

③避免解耦器誤差所引起的不穩(wěn)定

④比完全解耦更易于設(shè)計和調(diào)整。因此，部分解耦得到較廣泛的應(yīng)用。例如已成功地應(yīng)用于精餾塔的成分控制。解耦環(huán)節(jié)的簡化

由解耦系統(tǒng)的各種綜合方法可知，它們都是以獲得過程數(shù)學(xué)模型為前提的，而工業(yè)過程千變?nèi)f化，影響因素眾多，要想得到精確的數(shù)學(xué)模型相當(dāng)困難，即使采用機理分析方法或?qū)嶒灧椒ǖ玫搅藬?shù)學(xué)模型，利用它們來設(shè)計的解耦器往往也非常復(fù)雜、難以實現(xiàn)。因此必需對過程的數(shù)學(xué)模型進行簡化。簡化的方法很多，但從解耦的目的出發(fā)，可以