文档介绍：第8章复杂过程控制系统
本章要点
1)了解多变量耦合控制系统的应用背景及要解决的问题,熟悉相对增益的概念,掌握相对增益矩阵的计算方法,学会用相对增益判断系统的耦合程度,掌握常见的前馈补偿解耦设计方法;
2)了解适应式控制系统的应用背景,熟悉三种过程参数变化时的适应式控制系统的结构及工作原理;
3)熟悉推理控制系统的工作原理与性能特点,掌握设计方法;
4)熟悉预测控制的主要原理,掌握单步预测控制的设计方法;
5)熟悉模糊控制的基本组成,掌握模糊控制器的设计步骤。
序言
有一些工业过程,它们存在如下一些特点:
1)输入/输出变量在两个及其以上,且相互存在耦合;
2)过程的某些特征参数,如放大倍数、时间常数、纯滞后时间等,随时间不断变化;
3)过程的干扰量与输出量无法测量或难以测量;
4)过程的参数模型难以得到,只能获得非参数模型,如阶跃响应曲线或脉冲响应曲线等;
5)过程的响应曲线也难以得到,只能根据经验得到一系列“如果。。。则。。。”的控制规则等。
上述过程,均具有不同程度的复杂性,所以将它们统称为复杂过程。面对这些复杂过程,前面讨论的控制策略和系统设计方法已不能满足要求。本章将讨论针对上述各种复杂过程进行系统设计的相应方法。
多变量解耦控制系统
耦合过程及其要解决的问题
火力发电厂部分场景
电场锅炉多变量耦合过程示意图
多变量解耦控制系统实例
需要解决的问题
1)如何判断多变量过程的耦合程度?
2)如何最大限度地减少耦合程度?
3)在什么情况下必须进行解耦设计,如何进行解耦设计?
当干扰使压力升高时,通过压力调节器的调节,开大调节阀1的开度,增加旁路回流量,减小排出量,迫使压力回到给定值上;与此同时,压力的升高,会使调节阀2前后的压差增大,导致阀门开度未变时流量的增大。
此时,通过流量控制回路,关小调节阀2的阀门开度,迫使阀后流量回到给定值上。由于阀后流量的减小又将引起阀前压力的增加。
耦合过程及其要解决的问题
1、相对增益与相对增益矩阵
(1) 开环增益
在相互耦合的
维被控过程中选择第
个通道,使所有其他控制量
(
)都保持不变时将控制量
改变一个Δ
所得到的
的变化量Δ
与Δ
之比,定义为
到
通道的开环增益,
表示为
(2)闭环增益
(3)相对增益与相对增益矩阵
还是选择第
个通道,将其他所有通道进行闭环并采用积分调节使其他被控量
(
)都保持不变,只改变被控量
所得到的变化量
与
的变化量
之比,定义为
到
通道的闭环增益,表示为
两输入/两输出耦合过程:
(1)偏微分方法
同理:
(2)增益矩阵计算法
为闭环增益的倒数
其中:
矩阵与矩阵互为逆矩阵
相对增益矩阵的每个元素等于矩阵中的对应元素与矩阵转置后对应元素的乘积。相对增益矩阵的每个元素也可以表示成矩阵中的每个元素与矩阵求逆并转置后的对应元素的乘积,记为
表示两矩阵的对应元素相乘。
可见,一个双变量耦合过程,λ矩阵中每行元素之和为1,每列元素
即每一行元素之和为1,每一列元素之和也为1。
之和也为1。对于
维被控过程,可以证明上述结论依然成立,
用途:
第一是可以大大减少计算的工作量。
第二是揭示了相对增益矩阵中各元素之间存在某种定性关系。
推广到一般情况,也成立。