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《-基于pid的多變量解耦控制研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章緒論1.1多變量系統(tǒng)介紹控制理論的發(fā)展經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和非線性智能控制理論三個(gè)發(fā)展階段。經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論研究的是線性時(shí)不變系統(tǒng)的控制問題。非線性控制理論和智能控制理論則能解決傳統(tǒng)控制理論不能很好解決的問題。本文主要研究多變量解耦控制，在工業(yè)過程控制中多為內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，有多個(gè)輸入和多個(gè)輸出，存在一定耦合作用的系統(tǒng)。如圖1.1所示，輸入量為,,…,,輸出量為,,…,.在這樣的系統(tǒng)中，為了使各個(gè)被控量滿足生產(chǎn)要求，往往需要設(shè)置若干個(gè)控制回路，而這些控制回路之間就可能相互影響、相互關(guān)
2、連、相互耦合，其中任何一個(gè)回路的控制作用發(fā)生變化，將同時(shí)會(huì)影響其它控制回路中被控制量也發(fā)生變化。，它的各個(gè)被控制量之間也互有影響，在對(duì)某一輸出量進(jìn)行控制時(shí)，必然使所有輸出量都產(chǎn)生波動(dòng)，其結(jié)果是使控制過程延長(zhǎng)，震蕩加劇，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，必須注意工藝過程中各參數(shù)間相關(guān)的情況。不然若按各參數(shù)相互獨(dú)立而分別設(shè)置相應(yīng)的控制回路的話，輕則系統(tǒng)不能很好工作，影響產(chǎn)品質(zhì)量，重則甚至發(fā)生嚴(yán)重生產(chǎn)事故。在工業(yè)過程控制中要求系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，有較好的調(diào)節(jié)性能，能以較小的誤差跟蹤設(shè)定值的變化，或使誤差為零。因此需要對(duì)耦合系統(tǒng)進(jìn)行解耦。[7]1.2多變量解耦控制概況第43頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊
3、┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊多變量系統(tǒng)的解耦控制大體分為三類：傳統(tǒng)解耦控制、自適應(yīng)解耦控制以及智能解耦控制。傳統(tǒng)的多變量系統(tǒng)的解耦控制是采用微分幾何的方法利用反饋，將多變量系統(tǒng)化為從外部看完全解耦的線性系統(tǒng)。這種方法要求被控對(duì)象必須用精確的數(shù)學(xué)模型來描述，因此難于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制。以PID控制理論為基礎(chǔ)的控制方法可以對(duì)多變量系統(tǒng)進(jìn)行解耦控制。這種控制有多種類型：數(shù)字PID控制方法通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差計(jì)算控制量。自適應(yīng)PID控制方法能夠認(rèn)識(shí)環(huán)境條件的變化，并自動(dòng)校正控制動(dòng)作使系統(tǒng)能夠達(dá)到最優(yōu)或次優(yōu)的控制效果。模糊控制不要求掌握受控對(duì)象的
4、精確數(shù)學(xué)模型，而根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制決策表，然后由該表決定控制量的大小。單神經(jīng)元PID控制具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于計(jì)算。[8]1.3MATLAB語(yǔ)言簡(jiǎn)介MATLAB具有強(qiáng)大的編程功能和易操作交互式計(jì)算環(huán)境。MATLAB語(yǔ)言可以被認(rèn)為是一種解釋性語(yǔ)言，在其工作空間，用戶可以在MATLAB的命令窗口中鍵入一個(gè)命令就可以直接進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，也可以應(yīng)用MATLAB語(yǔ)言編寫應(yīng)用程序，運(yùn)行程序及跟蹤調(diào)試程序。MATLAB中含有極為豐富的專門用于控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的函數(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)線性系統(tǒng)的時(shí)域或頻域分析，設(shè)計(jì)與建模。SIMULINK是MATLAB軟件的擴(kuò)展，它是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和
5、仿真的一個(gè)軟件包，它與MATLAB語(yǔ)言的主要區(qū)別在于，其與用戶的交互接口是基于WINDOWS的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而不是語(yǔ)言的編程上。所謂模型化圖形輸入是指SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需知道這些模塊的輸入輸出及模塊實(shí)現(xiàn)的功能，而不必考查模塊的內(nèi)部是如何實(shí)現(xiàn)的，通過對(duì)這些基本模塊的調(diào)用，在將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型。[5]1.4本課題的任務(wù)本課題的任務(wù)是在PID控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行多變量系統(tǒng)的解耦控制算法研究，并利用MATLAB/SIMULINK對(duì)所研究的算法進(jìn)行數(shù)字仿真。第43頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊
6、┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊2PID多變量解耦控制自從計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以來，用數(shù)字計(jì)算機(jī)代替模擬計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)器組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，不僅可以用軟件實(shí)現(xiàn)PID控制算法，而且可以利用計(jì)算機(jī)的邏輯功能，使PID控制更加靈活。數(shù)字PID控制在生產(chǎn)過程中是一種最普遍采用的控制方法。2.1PID控制原理在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對(duì)象組成。積分微分比例被控對(duì)象r（t）+e（t）u（t）c（t）+圖2.1模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值rin
7、（t）與實(shí)驗(yàn)輸出值yout（t）構(gòu)成控制偏差：（2.1）PID的控制規(guī)律為：（2.2）或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)的形式：（2.3）第43頁(yè)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊式中，——比例系數(shù)；——積分時(shí)間常數(shù)；——微分時(shí)間常數(shù)。簡(jiǎn)單來說，PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下：⑴比例環(huán)節(jié)：成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。⑵積分環(huán)節(jié)：只要用于消除靜差，提高系統(tǒng)
