時滯過程解耦控制算法的研究及其在定量水分控制中的應(yīng)用.pdf

1、當前，針對無時滯過程的解耦控制已經(jīng)得到了一些有用的結(jié)論，并在實踐中也已有許多成功的范例。然而隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的日趨擴大，復(fù)雜的工業(yè)過程一直受到大時滯的困擾，使得無時滯解耦控制算法不能在這些系統(tǒng)中正常應(yīng)用。因此，針對時滯耦合過程的解耦控制成為當今解耦控制理論研究的熱點問題，然而由于時滯的復(fù)雜特性和理論工具的缺乏，使得原本就很麻煩的解耦問題變得更為復(fù)雜。 本文提出了時滯解耦控制的兩個策略：分而治之，合二為一。這兩個策略貫穿于全文前后

2、。分而治之，就是對時滯耦合對象的解耦和時滯不耦合對象的控制來進行分別處理，先進行開環(huán)時滯解耦，后進行閉環(huán)時滯控制。開環(huán)時滯解耦就是，有理分式加純滯后為矩陣元素的非對角矩陣，經(jīng)過解耦成為斜對角矩陣，解耦后的過程可以等價為幾個單回路時滯過程，采用過程控制中經(jīng)典的Smith預(yù)估法、IMC控制等進行控制，解決時滯對系統(tǒng)性能造成的消極影響，達到穩(wěn)、準、快的性能要求。合二為一，就是對解耦和時滯控制進行一體化處理，此時一個控制器必須包括解耦和控制兩個

3、功能，即同時進行閉環(huán)解耦、控制。將有效的單變量時滯控制結(jié)構(gòu)，如Smith預(yù)估和IMC控制結(jié)構(gòu)，推廣到多變量控制系統(tǒng)。這種推廣的結(jié)構(gòu)能夠應(yīng)用的前提是，其閉環(huán)回路傳遞函數(shù)矩陣能夠成為斜對角矩陣，也即解耦。在此前提下，首先推導(dǎo)出能解耦時閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣在時滯和非最小相位零點兩個方面必須滿足的條件，然后在可選擇的范圍內(nèi)選擇最優(yōu)的目標閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣，據(jù)此逆向設(shè)計出解耦控制器。 論文關(guān)于時滯過程解耦控制算法的研究和應(yīng)用的主要內(nèi)容為：

4、 1.推導(dǎo)了MIMO控制系統(tǒng)方框圖簡化規(guī)則，討論了三種開環(huán)解耦算法：矩陣求逆、前饋解耦、逆向解耦，并把它們推廣到時滯過程中。 2.證明了基于合二為一策略的smith預(yù)估解耦控制不總是可行的。給出了基于分而治之策略的Smith預(yù)估解耦控制的通用結(jié)構(gòu)，介紹了前饋解耦的Smith預(yù)估控制算法，提出了逆向解耦的Smith預(yù)估解耦控制算法。另外對Smith預(yù)估結(jié)構(gòu)進行了簡化，推導(dǎo)出類似于單位反饋控制解耦控制算法，采用H∞方法設(shè)計出控制器

5、的解析式。并且證明了基于分而治之策略的Smith預(yù)估解耦控制算法和基于合二為一策略的單位反饋解耦控制算法之間的等價性。 3.介紹了基于合二為一策略的IMC解耦控制算法，提出了基于分而治之策略的IMC預(yù)估解耦控制的通用結(jié)構(gòu)。提出了前饋解耦的IMC解耦控制算法和逆向解耦的IMC解耦控制算法。并且證明了基于分而治之策略的IMC解耦控制算法和基于分而治之策略的IMC饋解耦控制算法之間的等價性。 4.將提出的解耦控制算法應(yīng)用到了定