解耦控制系統(tǒng)PPT課件

1、estest1解耦控制解耦控制2學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)內(nèi)容v1 耦合過程及其要解決的問題耦合過程及其要解決的問題v2 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣v3 解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解耦控制解耦控制31. 1. 耦合過程及其要解決的問題耦合過程及其要解決的問題 在一個(gè)生產(chǎn)裝置中，往往需要設(shè)置若干個(gè)控制回路，在一個(gè)生產(chǎn)裝置中，往往需要設(shè)置若干個(gè)控制回路，來穩(wěn)定各個(gè)被控變量。在這種情況下，幾個(gè)回路之間，來穩(wěn)定各個(gè)被控變量。在這種情況下，幾個(gè)回路之間，就可能相互關(guān)聯(lián)，相互耦合，相互影響，構(gòu)成多輸入就可能相互關(guān)聯(lián)，相互耦合，相互影響，構(gòu)成多輸入-多輸出的相關(guān)（耦合）控制系統(tǒng)。多輸出的相關(guān)（

2、耦合）控制系統(tǒng)。4v 通常認(rèn)為，在一個(gè)多變量被控過程中，如果每一個(gè)被控通常認(rèn)為，在一個(gè)多變量被控過程中，如果每一個(gè)被控變量只受一個(gè)控制變量的影響，則稱為變量只受一個(gè)控制變量的影響，則稱為無耦合過程無耦合過程，其分，其分析和設(shè)計(jì)方法與單變量過程控制系統(tǒng)完全一樣。析和設(shè)計(jì)方法與單變量過程控制系統(tǒng)完全一樣。v 存在耦合的多變量過程控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)中需要解決存在耦合的多變量過程控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)中需要解決的主要問題：的主要問題： 1. 如何判斷多變量過程的耦合程度？如何判斷多變量過程的耦合程度？ 2. 如何最大限度地減少耦合程度？如何最大限度地減少耦合程度？ 3. 在什么情況下必須進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)，

3、如何設(shè)計(jì)？在什么情況下必須進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)，如何設(shè)計(jì)？1. 1. 耦合過程及其要解決的問題耦合過程及其要解決的問題5 令某一通道在其它系統(tǒng)均為開環(huán)時(shí)的放大系令某一通道在其它系統(tǒng)均為開環(huán)時(shí)的放大系數(shù)與該一通道在其它系統(tǒng)均為閉環(huán)時(shí)的放大數(shù)與該一通道在其它系統(tǒng)均為閉環(huán)時(shí)的放大系數(shù)之比為系數(shù)之比為ij，稱為相對(duì)增益，稱為相對(duì)增益; 相對(duì)增益相對(duì)增益ij是是uj相對(duì)于相對(duì)于過程中其他調(diào)節(jié)量對(duì)過程中其他調(diào)節(jié)量對(duì)該被控量該被控量yi而言的增益（而言的增益（ uj yi ）；）；ij定義為定義為2. 2. 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣ijijijqp p pij 第一放大系數(shù)（開環(huán)增益）第一放大系

4、數(shù)（開環(huán)增益）q qij 第二放大系數(shù)（閉環(huán)增益）第二放大系數(shù)（閉環(huán)增益）6v第一放大系數(shù)第一放大系數(shù)pij （開環(huán)增益）（開環(huán)增益） 指耦合系統(tǒng)中，除指耦合系統(tǒng)中，除uj到到y(tǒng)i通道外，其它通道通道外，其它通道全部斷開時(shí)所得到的全部斷開時(shí)所得到的uj到到y(tǒng)i通道的靜態(tài)增益通道的靜態(tài)增益; 即，調(diào)節(jié)量即，調(diào)節(jié)量uj改變了改變了 uj所得到的所得到的yi的變化的變化量量 yi與與 uj之比，其它調(diào)節(jié)量之比，其它調(diào)節(jié)量uk（kj）均均不變。不變。 pij可表示為：可表示為：constkujiijuypuj yi的增益的增益（僅（僅uj yi通道投運(yùn)，通道投運(yùn)，其他通道不投運(yùn)）其他通道不投運(yùn)）2.

5、2. 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣7v第二放大系數(shù)第二放大系數(shù)qij （閉環(huán)增益）（閉環(huán)增益） 指除所觀察的指除所觀察的uj到到y(tǒng)i通道之外，其它通道均通道之外，其它通道均閉合且保持閉合且保持yk（kj）不變時(shí)，不變時(shí)，uj到到y(tǒng)i通道之通道之間的靜態(tài)增益。間的靜態(tài)增益。 即，只改變被控量即，只改變被控量yi所得到的變化量所得到的變化量 yi與與uj的變化量的變化量 uj之比。之比。 qij可表示為：可表示為：constkyjiijuyquj yi的增益的增益（不僅（不僅uj yi通道投運(yùn)，其通道投運(yùn)，其他通道也投運(yùn)）他通道也投運(yùn)）2. 2. 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益與相

6、對(duì)增益矩陣8v相對(duì)增益相對(duì)增益 ij定義為：定義為：constyjiconstujiijijijkkuyuyqp2. 2. 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣9v相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益矩陣 由相對(duì)增益由相對(duì)增益 ij元素構(gòu)成的矩陣，即元素構(gòu)成的矩陣，即nnnnnn212222111211yiuj2. 2. 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣10相對(duì)增益的計(jì)算相對(duì)增益的計(jì)算 確定相對(duì)增益，關(guān)鍵是計(jì)算第一放大系數(shù)和確定相對(duì)增益，關(guān)鍵是計(jì)算第一放大系數(shù)和第二放大系數(shù)。第二放大系數(shù)。 一種方法一種方法是偏微分法是偏微分法 通過計(jì)算過程的微分分別計(jì)算出第一放大系數(shù)和通過計(jì)算過程的微分分

7、別計(jì)算出第一放大系數(shù)和第二放大系數(shù)，從而得到相對(duì)增益矩陣。第二放大系數(shù)，從而得到相對(duì)增益矩陣。 另一種方法另一種方法是增益矩陣計(jì)算法是增益矩陣計(jì)算法 先計(jì)算第一放大系數(shù)，再由第一放大系數(shù)直接計(jì)先計(jì)算第一放大系數(shù)，再由第一放大系數(shù)直接計(jì)算第二放大系數(shù)，從而得到相對(duì)增益矩陣。算第二放大系數(shù)，從而得到相對(duì)增益矩陣。2. 2. 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益系數(shù)的計(jì)算方法相對(duì)增益系數(shù)的計(jì)算方法1 1u1(s)u2(s)y1(s)y2(s)22212122121111ukukyukuky2221121111112kkkkuyqy221121121111kkkk輸入輸出穩(wěn)態(tài)方程輸入輸

8、出穩(wěn)態(tài)方程221212121111kukykuky1111112kuypu12圖圖 雙變量靜態(tài)耦合系統(tǒng)雙變量靜態(tài)耦合系統(tǒng)1y1u2yu11k21k12k22k22. 2. 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益系數(shù)的計(jì)算方法相對(duì)增益系數(shù)的計(jì)算方法2 2v即由第一放大系數(shù)直接計(jì)算第二放大系數(shù)。即由第一放大系數(shù)直接計(jì)算第二放大系數(shù)。22212122121111ukukyukuky（1）v由圖可得由圖可得v引入引入k矩陣，（矩陣，（1）式可寫成矩陣形式，即）式可寫成矩陣形式，即212221121121 uukkkkyy（2）14v由（由（2）式得）式得22112221111121122

9、21121222112221112121122211221ykkkkkykkkkkuykkkkkykkkkku（3）2. 2. 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣15211222112211kkkkkh211222111212kkkkkh211222112121kkkkkh211222111122kkkkkh令：令：jiijhq1ijijijqpijjiqh1jiijijhp ikh 1hk2. 2. 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣16v相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益矩陣 可表示成矩陣可表示成矩陣k中每個(gè)元素與中每個(gè)元素與逆矩陣逆矩陣k-1的轉(zhuǎn)置矩陣中相應(yīng)元素的乘積（的轉(zhuǎn)置矩陣中

10、相應(yīng)元素的乘積（點(diǎn)點(diǎn)積積），即），即tkk)(1或表示成或表示成thh1可見，可見，第二種方法只要知道開環(huán)增益矩陣即可第二種方法只要知道開環(huán)增益矩陣即可方便地計(jì)算出相對(duì)增益矩陣方便地計(jì)算出相對(duì)增益矩陣。2. 2. 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣17v相對(duì)增益所反映的耦合特性以及相對(duì)增益所反映的耦合特性以及“變量配變量配對(duì)對(duì)”措施（以措施（以2*2過程為例）：過程為例）：11 =111 =0 0011 111 0第二通道對(duì)第一通道無耦合作用，第二通道對(duì)第一通道無耦合作用，y1對(duì)對(duì)u1的變量配對(duì)合適；的變量配對(duì)合適；u1對(duì)對(duì)y1不發(fā)生任何控制作用，不能配對(duì)；不發(fā)生任何控制作用，不能配

11、對(duì)；第二通道與第一通道存在不同程度的耦合，特別當(dāng)?shù)诙ǖ琅c第一通道存在不同程度的耦合，特別當(dāng)11 =0.5時(shí)，時(shí)，兩回路存在相同的耦合。此時(shí)無論怎樣變量配對(duì)，耦合均不能兩回路存在相同的耦合。此時(shí)無論怎樣變量配對(duì)，耦合均不能解除，必須進(jìn)行解耦；解除，必須進(jìn)行解耦；第二個(gè)回路的斷開或閉合將會(huì)對(duì)第二個(gè)回路的斷開或閉合將會(huì)對(duì)y1有相反的作用，兩個(gè)控制回有相反的作用，兩個(gè)控制回路將會(huì)以路將會(huì)以“相互不相容相互不相容”的方式進(jìn)行關(guān)聯(lián)，如的方式進(jìn)行關(guān)聯(lián)，如y1與與u1配對(duì)，將配對(duì)，將造成閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。造成閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。2. 2. 相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣相對(duì)增益與相對(duì)增益矩陣18v在耦合非常嚴(yán)重的情況

12、下，最有效的方法是采在耦合非常嚴(yán)重的情況下，最有效的方法是采用多變量系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)。用多變量系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)。v解耦的方法：解耦的方法： 前饋補(bǔ)償解耦法前饋補(bǔ)償解耦法 對(duì)角陣解耦法對(duì)角陣解耦法 單位矩陣解耦法單位矩陣解耦法3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)19圖圖 二輸入二輸出解耦系統(tǒng)二輸入二輸出解耦系統(tǒng)11n22n12n21n11pg22pg12pg21pg1y2y1cu2cu2u1u2r)(2sgc1r)(1sgc)(sn)(sgp)(sgc解耦器解耦器n（s）)()()(susgsyp)()()(susnsuc)()()()(susnsgsycp若是對(duì)角陣，則若是對(duì)角陣，則可實(shí)現(xiàn)

13、完全解耦可實(shí)現(xiàn)完全解耦3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)20v解耦控制設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是解除控制回路或系解耦控制設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是解除控制回路或系統(tǒng)變量之間的耦合。統(tǒng)變量之間的耦合。v解耦設(shè)計(jì)可分為解耦設(shè)計(jì)可分為完全解耦和部分解耦。完全解耦和部分解耦。 完全解耦完全解耦的要求是，在實(shí)現(xiàn)解耦之后，不僅調(diào)節(jié)量的要求是，在實(shí)現(xiàn)解耦之后，不僅調(diào)節(jié)量與被控量之間以一對(duì)一對(duì)應(yīng)，而且干擾與被控量之與被控量之間以一對(duì)一對(duì)應(yīng)，而且干擾與被控量之間同樣產(chǎn)生一一對(duì)應(yīng)。間同樣產(chǎn)生一一對(duì)應(yīng)。3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)21圖圖 帶前饋補(bǔ)償器的全解耦系統(tǒng)帶前饋補(bǔ)償器的全解耦系統(tǒng))(1sgc1r)(2

14、sgc2r2cu1cu)(21sn)(12sn1y2y1u)(11sgp)(21sgp)(12sgp)(22sgp2u一一 、 前饋補(bǔ)償解耦法前饋補(bǔ)償解耦法3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)22v如果要實(shí)現(xiàn)對(duì)如果要實(shí)現(xiàn)對(duì)uc1與與y2、uc2與與y1之間的解耦，之間的解耦，根據(jù)前饋補(bǔ)償原理可得，根據(jù)前饋補(bǔ)償原理可得，0)()()(22211211sgsnusgupcpc0)()()(11122122sgsnusgupcpc（1）（2）3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)23v因此，前饋補(bǔ)償解耦器的傳遞函數(shù)為因此，前饋補(bǔ)償解耦器的傳遞函數(shù)為)(/ )()(222121sgsgs

15、npp)(/ )()(111212sgsgsnpp（3）（4）3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)24v這種方法與前饋控制設(shè)計(jì)所論述的方法這種方法與前饋控制設(shè)計(jì)所論述的方法一樣，補(bǔ)償器對(duì)過程特性的依賴性較大。一樣，補(bǔ)償器對(duì)過程特性的依賴性較大。此外，當(dāng)輸入此外，當(dāng)輸入-輸出變量較多時(shí)，則不宜輸出變量較多時(shí)，則不宜采用此方法。采用此方法。3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)25二二 對(duì)角陣解耦法對(duì)角陣解耦法v對(duì)角陣解耦設(shè)計(jì)是一種常見的解耦方法。它要對(duì)角陣解耦設(shè)計(jì)是一種常見的解耦方法。它要求被控對(duì)象特性矩陣與解耦環(huán)節(jié)矩陣的乘積等求被控對(duì)象特性矩陣與解耦環(huán)節(jié)矩陣的乘積等于對(duì)角陣。于對(duì)

16、角陣。3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)26圖圖 雙變量解耦系統(tǒng)方框圖雙變量解耦系統(tǒng)方框圖)(1sgc1r)(2sgc2r2cu1cu1y2y1u2u)(11sgp)(21sgp)(12sgp)(22sgp)(11sn)(21sn)(12sn)(22sn3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)27根據(jù)對(duì)角陣解耦設(shè)計(jì)要求，即根據(jù)對(duì)角陣解耦設(shè)計(jì)要求，即)(00)()()()()()()()()(22112221121122211211sgsgsnsnsnsnsgsgsgsgpppppp因此，被控對(duì)象的輸出與輸入變量之間應(yīng)因此，被控對(duì)象的輸出與輸入變量之間應(yīng)滿足如下矩陣方程：滿足如下矩

17、陣方程：)()()(00)()()(21221121sususgsgsysyccpp3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)28v假設(shè)對(duì)象傳遞矩陣假設(shè)對(duì)象傳遞矩陣gp（s）為非奇異陣，即為非奇異陣，即0)()()()(22211211sgsgsgsgpppp于是得到解耦器數(shù)學(xué)模型為于是得到解耦器數(shù)學(xué)模型為3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)29)(00)()()()()()()()()(221112221121122211211sgsgsgsgsgsgsnsnsnsnpppppp)(00)()()()()()()()()(122111121122221122211sgsgsgsgs

18、gsgsgsgsgsgpppppppppp)()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()()(211222112211211222112111211222111222211222112211sgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgpppppppppppppppppppppppp3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)30圖圖 對(duì)角陣解耦后的等效系統(tǒng)對(duì)角陣解耦后的等效系統(tǒng)2r1y2cu1cu1r2y)(1sgc)(2sgc)(11sgp)(22sgp3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

19、31 三三 單位矩陣解耦法單位矩陣解耦法v單位陣解耦設(shè)計(jì)是對(duì)角陣解耦設(shè)計(jì)的一種特殊單位陣解耦設(shè)計(jì)是對(duì)角陣解耦設(shè)計(jì)的一種特殊情況。它要求被控對(duì)象特性矩陣與解耦環(huán)節(jié)矩情況。它要求被控對(duì)象特性矩陣與解耦環(huán)節(jié)矩陣的乘積等于單位陣。即陣的乘積等于單位陣。即1001)()()()()()()()(2221121122211211snsnsnsnsgsgsgsgpppp3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)32v因此，系統(tǒng)輸入輸出方程滿足如下關(guān)系，因此，系統(tǒng)輸入輸出方程滿足如下關(guān)系， v于是得解耦器的數(shù)學(xué)模型為于是得解耦器的數(shù)學(xué)模型為)()(1001)()(2121sususysycc12221121

20、122211211)()()()()()()()(sgsgsgsgsnsnsnsnpppp3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)33)()()()()()()()(11121122221122211sgsgsgsgsgsgsgsgpppppppp)()()()()()()()()()()()()()()()()()()()(2112221111211222112121122211122112221122sgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgsgpppppppppppppppppppp3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)34圖圖 單位陣解耦后的

21、等效系統(tǒng)單位陣解耦后的等效系統(tǒng)2r1y2cu1cu1r2y)(1sgc)(2sgc113. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)35v采用不同的解耦方法都能達(dá)到解耦的目的，采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(diǎn)更突出。用單位陣解耦法的優(yōu)點(diǎn)更突出。對(duì)角陣解耦法對(duì)角陣解耦法和前饋補(bǔ)償解耦法得到的解耦效果和系統(tǒng)的控和前饋補(bǔ)償解耦法得到的解耦效果和系統(tǒng)的控制質(zhì)量是相同的制質(zhì)量是相同的，這兩種方法都是設(shè)法解除交，這兩種方法都是設(shè)法解除交叉通道，并使其等效成兩個(gè)獨(dú)立的單回路系統(tǒng)。叉通道，并使其等效成兩個(gè)獨(dú)立的單回路系統(tǒng)。v而單位陣解耦法，除了能獲得優(yōu)良的解耦效果而單位陣解耦法，除

22、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(dòng)態(tài)偏差，加之外，還能提高控制質(zhì)量，減少動(dòng)態(tài)偏差，加快響應(yīng)速度，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間?？祉憫?yīng)速度，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間。3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)36v多變量解耦有動(dòng)態(tài)解耦和靜態(tài)解耦之分。動(dòng)態(tài)多變量解耦有動(dòng)態(tài)解耦和靜態(tài)解耦之分。動(dòng)態(tài)解耦的補(bǔ)償是時(shí)間補(bǔ)償，而靜態(tài)解耦的補(bǔ)償是解耦的補(bǔ)償是時(shí)間補(bǔ)償，而靜態(tài)解耦的補(bǔ)償是幅值補(bǔ)償。幅值補(bǔ)償。v由于動(dòng)態(tài)解耦要比靜態(tài)解耦復(fù)雜得多，一般只由于動(dòng)態(tài)解耦要比靜態(tài)解耦復(fù)雜得多，一般只在要求比較高、解耦器又能實(shí)現(xiàn)的條件下使用。在要求比較高、解耦器又能實(shí)現(xiàn)的條件下使用。v當(dāng)被控對(duì)象各通道的時(shí)間常數(shù)非常接近時(shí)，采當(dāng)被控對(duì)

23、象各通道的時(shí)間常數(shù)非常接近時(shí)，采用靜態(tài)解耦一般都能滿足要求。用靜態(tài)解耦一般都能滿足要求。v由于靜態(tài)解耦結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、解耦效果由于靜態(tài)解耦結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、解耦效果較佳，靜態(tài)解耦在很多場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。較佳，靜態(tài)解耦在很多場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)37v在多變量系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)過程中，還要考慮解在多變量系統(tǒng)的解耦設(shè)計(jì)過程中，還要考慮解耦系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)問題。事實(shí)上，耦系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)問題。事實(shí)上，求出了解耦器的求出了解耦器的數(shù)學(xué)模型并不等于實(shí)現(xiàn)了解耦數(shù)學(xué)模型并不等于實(shí)現(xiàn)了解耦。v解耦系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)問題主要包括：解耦系統(tǒng)的穩(wěn)解耦系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)問題主要包括：解耦系統(tǒng)的穩(wěn)

24、定性、部分解耦以及解耦器的簡(jiǎn)化等。定性、部分解耦以及解耦器的簡(jiǎn)化等。3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)38 四四 解耦控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)3. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)393. 3. 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)40v 1多變量系統(tǒng)各個(gè)控制回路之間有可能存在相互關(guān)聯(lián)多變量系統(tǒng)各個(gè)控制回路之間有可能存在相互關(guān)聯(lián)(即耦合即耦合)，會(huì)妨礙各回路變量的獨(dú)立控制作用，甚至破，會(huì)妨礙各回路變量的獨(dú)立控制作用，甚至破壞系統(tǒng)的正常工作。因此，必須設(shè)法減少或消除耦合。壞系統(tǒng)的正常工作。因此，必須設(shè)法減少或消除耦合。v 2相對(duì)增益相對(duì)增益 ij是衡量多變量系統(tǒng)中各個(gè)

25、變量間耦合程是衡量多變量系統(tǒng)中各個(gè)變量間耦合程度的指標(biāo)。度的指標(biāo)。 ij表示調(diào)節(jié)量表示調(diào)節(jié)量uj對(duì)一個(gè)特定的被控量對(duì)一個(gè)特定的被控量yi的影的影響程度，等于第一放大系數(shù)響程度，等于第一放大系數(shù)pij與第二放大系數(shù)與第二放大系數(shù)qij之比。之比。v 3常用的減少或消除耦合的方法包括提高調(diào)節(jié)器的增益、常用的減少或消除耦合的方法包括提高調(diào)節(jié)器的增益、選用變量的最佳配對(duì)和采用解耦控制。選用變量的最佳配對(duì)和采用解耦控制。小結(jié)小結(jié) 41v 4依據(jù)前饋補(bǔ)償原理的前饋補(bǔ)償解耦法是最早使依據(jù)前饋補(bǔ)償原理的前饋補(bǔ)償解耦法是最早使用的解耦方法，這種方法還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的用的解耦方法，這種方法還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)信號(hào)的解耦。解耦。v 5對(duì)角陣解耦要求被控對(duì)象特性矩陣與解耦環(huán)節(jié)對(duì)角陣解耦要求被控對(duì)象特性矩陣與解耦環(huán)節(jié)矩陣的乘積等于對(duì)角陣，因此，解耦后的系統(tǒng)等效矩陣的乘積等于對(duì)角陣，因此，解耦后的系統(tǒng)等效為多個(gè)單回路。單位陣解