過(guò)程控制多變量解耦

1、過(guò)程控制多變量解耦第1頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三多變量過(guò)程控制過(guò)程設(shè)備有很多變量需要控制，我們必須做以下的事情：選擇必要的傳感器選擇合適的控制變量決定如何對(duì)被控制變量CVs和控制變量MVs進(jìn)行配對(duì)多數(shù)情況下，我們采用單回路控制就能夠解決問(wèn)題，但有些時(shí)候只有單回路是不夠的，需要更復(fù)雜的控制方案。第2頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三多回路獨(dú)立控制兩種控制方案都可行的，但我們主要關(guān)注多回路控制多回路：多個(gè)獨(dú)立的PID控制器集中控制第3頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三如何設(shè)計(jì)多回路控制系統(tǒng)？假設(shè)已經(jīng)選擇好傳感器和閥門(mén)，

2、應(yīng)該如何來(lái)設(shè)計(jì)多回路控制系統(tǒng)呢？第4頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三重要問(wèn)題幾個(gè)能夠幫助我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)多變量控制系統(tǒng)的重要問(wèn)題。是否存在關(guān)連？如果沒(méi)有關(guān)連 只是多個(gè)單回路控制問(wèn)題有關(guān)連關(guān)連對(duì)單回路控制有怎樣的影響？如何表示關(guān)連的強(qiáng)度？如何設(shè)計(jì)多變量多回路控制系統(tǒng)？第5頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三關(guān)連具有多組MV和CV的過(guò)程與單組MV和CV的過(guò)程有什么不同？關(guān)連！定義：對(duì)于一個(gè)多變量過(guò)程，當(dāng)輸入（控制）變量影響不止一個(gè)輸出（被控）變量時(shí)，我們說(shuō)過(guò)程中存在關(guān)連。這個(gè)過(guò)程存在關(guān)連嗎？第6頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三是

3、否存在關(guān)連 機(jī)理建模線性化第7頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三是否存在關(guān)連 經(jīng)驗(yàn)建模產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)于回流量的階躍響應(yīng)（固定再沸量）第8頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三經(jīng)驗(yàn)建模（續(xù)）第9頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三是否存在關(guān)連（續(xù)）如果模型能夠排列成對(duì)角矩陣，則不存在關(guān)連任何一個(gè)非對(duì)角線位置的取值不是0，則存在關(guān)連第10頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三多變量過(guò)程的方塊圖一般采用如下的方塊圖形式來(lái)表示22的過(guò)程動(dòng)態(tài)第11頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三多變量過(guò)程采用單

4、回路控制對(duì)于一個(gè)22的系統(tǒng)采用單回路進(jìn)行控制根據(jù) Gii(s) 來(lái)設(shè)置控制器第12頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三采用單回路控制（續(xù)）將其中一個(gè)回路投入自動(dòng)，接下來(lái)該怎么辦？第13頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三采用單回路控制（續(xù)）如果在第二個(gè)對(duì)象投入自動(dòng)的情況下對(duì)第一個(gè)對(duì)象進(jìn)行階躍響應(yīng)動(dòng)態(tài)測(cè)試，會(huì)出現(xiàn)怎樣的情況呢？第14頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三采用單回路控制（續(xù)）動(dòng)態(tài)性能是否和沒(méi)有控制器 Gc2(s) 時(shí)相同？它與什么有關(guān)？過(guò)程隨著控制器變化第15頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三采

5、用單回路控制（續(xù)）通常一個(gè)回路的特性會(huì)受到關(guān)連回路的影響對(duì)每個(gè)單獨(dú)的回路進(jìn)行整定達(dá)到穩(wěn)定，當(dāng)所有回路都投運(yùn)時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定。我們需要反復(fù)整定每個(gè)回路，直到每個(gè)回路都得到較好的性能。第16頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三采用單回路控制 舉例我們按照“最大增益”的原則進(jìn)行配對(duì)：MV1(s) = CV1(s)，MV2(s) = CV2(s)第17頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三舉例 Simulink仿真第18頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三舉例 一個(gè)回路投入自動(dòng)第19頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星

6、期三舉例 兩個(gè)回路投入自動(dòng)第20頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三投入自動(dòng)后的傳遞函數(shù)第21頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三相對(duì)增益矩陣我們已經(jīng)看到相互關(guān)連非常重要。它會(huì)影響到反饋控制是否可行，以及反饋控制的性能。那么我們是否可以對(duì)關(guān)連進(jìn)行量化呢？答案是可以。我們將采用相對(duì)增益矩陣 (RGA) 對(duì)關(guān)連進(jìn)行量化。第22頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三關(guān)于RGA的主要內(nèi)容RGA的定義RGA的計(jì)算RGA的解釋根據(jù)RGA進(jìn)行變量配對(duì)我們從這里開(kāi)始第23頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三相對(duì)增益的定義第一

7、放大系數(shù) pij：在其它控制量 MVr (rj)均不變的前提下， MVj 對(duì) CVi 的開(kāi)環(huán)增益第二放大系數(shù) qij：在利用控制回路使其它被控量 CVr (ri) 均不變的前提下， MVj 對(duì)CVi 的開(kāi)環(huán)增益第24頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三相對(duì)增益的定義（續(xù)）MVj 和 CVi 間的相對(duì)增益為 ，定義如下：第25頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三相對(duì)增益矩陣第26頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三關(guān)于RGA的主要內(nèi)容RGA的定義RGA的計(jì)算RGA的解釋根據(jù)RGA進(jìn)行變量配對(duì)下面我們看看如何計(jì)算RGA第27頁(yè)，共4

8、6頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三相對(duì)增益計(jì)算 1按定義穩(wěn)態(tài)方程:第28頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三相對(duì)增益計(jì)算2 利用pij求qij再求注：上述計(jì)算公式中的 “” 為兩矩陣對(duì)應(yīng)元素的相乘(點(diǎn)乘)！第29頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三相對(duì)增益計(jì)算2（續(xù)）例如：穩(wěn)態(tài)增益：練習(xí)：計(jì)算11 ， 22 ，33 ，12 ?其中det K 是矩陣K 的行列式；Kij是矩陣K 的代數(shù)余子式。第30頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三關(guān)于RGA的主要內(nèi)容RGA的定義RGA的計(jì)算RGA的解釋根據(jù)RGA進(jìn)行變量配對(duì)怎樣

9、用RGA的值來(lái)評(píng)估回路的性質(zhì)？第31頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三相對(duì)增益的性質(zhì)相對(duì)增益矩陣中每行或每列的總和均為1；若相對(duì)增益矩陣中，某些元素1，則對(duì)應(yīng)行與列中必然有某些元素y20 C2變量配對(duì)：用量大的操作變量控總流量；用量小的操作變量控濃度。第39頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三多變量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)合適輸入輸出變量配對(duì)后，若關(guān)聯(lián)不大，則可采用常規(guī)的多個(gè)PID控制器；盡管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，但主要控制通道動(dòng)態(tài)特性相差較大，則可通過(guò)調(diào)整PID參數(shù)，使各回路的工作頻率拉開(kāi)；若系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，而且動(dòng)態(tài)特性相近，則需要進(jìn)行解耦設(shè)計(jì)。第40頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三PID控制第41頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三解耦1 前饋補(bǔ)償原理：使y1與uc2無(wú)關(guān)聯(lián)；使y2與uc1無(wú)關(guān)聯(lián)第42頁(yè)，共46頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)34分，星期三解耦2 對(duì)角陣解耦第43頁(yè)，共4