基于雙變量系統(tǒng)的解耦方法的研究

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1、于雙變量系統(tǒng)的解耦方法的研究【摘要】本文的目的是研究了基于多變量系統(tǒng)的傳統(tǒng)解耦控制算法，詳細(xì)闡述了基于雙變量系統(tǒng)的多種解耦方法，對(duì)線性控制理論關(guān)于解耦算法的教學(xué)和研究有重要的意義。【關(guān)鍵詞】多變量系統(tǒng)；解耦控制器；線性控制ResearchTITOSystemofDecouplingControlModelYANGLin-luJIANGXiao-pingPENGChao-yang(SchoolofMechanicalElectronic&InformationEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology〈Beiji

2、ng〉，Beijing100083China)[Abstract]Thepurposeofthisarticleistostudythetraditionaldecouplingcontrolalgorithmbasedonmultivariablesystem,expoundsthevariousdecouplingmethodbasedondualvariablessystem,decouplingalgorithmoflinearcontroltheoryofteachingandresearchhasimportantsignificance.[Key

3、words]Multivariablesystem；Decouplingcontroller；Linearcontrol0引言隨著科學(xué)研究的發(fā)展與技術(shù)的進(jìn)步，被控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，需要控制的變量通常不止一對(duì)，而且相互關(guān)聯(lián)，將多變量系統(tǒng)解耦為單變量系統(tǒng)再進(jìn)行控制無疑是能夠利用已有成果的最好選擇，多變量系統(tǒng)的解耦控制可分為三大類：常規(guī)解耦方法；自適應(yīng)解耦方法；智能解耦方法，本文主要研究?jī)?nèi)容為傳統(tǒng)解耦方法中的前饋補(bǔ)償解耦法，對(duì)角陣解耦法，單位矩陣解耦法。1多變量系統(tǒng)耦合對(duì)象耦合是生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)普遍存在的一種現(xiàn)象，生產(chǎn)過程是一種有序過程，環(huán)環(huán)相扣，變量間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜

4、，一個(gè)過程變量的波動(dòng)往往會(huì)影響多個(gè)變量的變化，圖1是雙變量耦合對(duì)象方框圖，U1的改變也同時(shí)對(duì)Yl、Y2發(fā)生影響。稱被控制變量與操作變量在調(diào)整過程互相影響的對(duì)象為耦合對(duì)象，而解除這種耦合關(guān)系的過程稱之為解耦。所謂解耦控制系統(tǒng)，就是采用某種結(jié)構(gòu)，尋找合適的控制規(guī)律來消除系統(tǒng)種各控制回路之間的相互耦合關(guān)系，使每一個(gè)輸入只控制相應(yīng)的一個(gè)輸出，每一個(gè)輸出又只受到一個(gè)控制的作用。1雙變量耦合對(duì)象方框2傳統(tǒng)解耦方法2.1前饋補(bǔ)償解耦法從耦合控制系統(tǒng)多回路耦合的角度分析，解耦控制系統(tǒng)的目的就是在MIMO系統(tǒng)中，消除M輸入M輸出回路之前的相互擾動(dòng)作用，即可達(dá)到解耦的目的。前饋補(bǔ)

5、償解耦是多變量解耦控制中最早使用的一種解耦方法。該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，效果顯著，因此得到了廣泛地應(yīng)用，如圖2所示是一個(gè)帶前饋補(bǔ)償器的雙變量全解耦系統(tǒng)。前饋補(bǔ)償解耦的基本思想是將U1對(duì)Y2的影響，U2對(duì)Y1的影響視為擾動(dòng)，并按前饋補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ龜_動(dòng)影響，以雙變量以雙變量解耦系統(tǒng)為例，如果希望實(shí)現(xiàn)對(duì)U2與Y1、U1與Y2之間解耦，根據(jù)前饋控制的擾動(dòng)補(bǔ)償原理(不變形原理)可以得到：干擾U1(S)對(duì)被控參數(shù)Y2(S)的影響為：Y2(S)=U1(S)G21(S)+U1(S)Gp21(S)G22(S)=U1(S)(G21(S)+Gp21(S)G22(S))若要求U1(

6、S)對(duì)被控對(duì)象Y2(S)無影響則：G21(S)+Gp21(S)G22(S)=0根據(jù)原理可得到前饋補(bǔ)償解耦器的傳遞函數(shù)為：Gpl2(s)=-G12(s)/Gil(s)Gp21(s)=_G21(s)/G22(s)2帶前饋補(bǔ)償器的雙變量解耦系統(tǒng)2.2對(duì)角矩陣解耦法另一種分析解耦的角度是通過系統(tǒng)整體的傳遞函數(shù)陣考慮，解耦控制系統(tǒng)的目的就是講m輸入m輸出回路，變?yōu)閚個(gè)單輸入單輸出回路，也就是說令系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)矩陣變換為對(duì)角型。如果可以在受控系統(tǒng)的原傳遞函數(shù)矩陣Go(S)前串聯(lián)一個(gè)原系統(tǒng)的逆系統(tǒng)G-l(s)“抵消”原系統(tǒng)，并建立期望的系統(tǒng)傳遞函數(shù)對(duì)角陣GL解耦控制如圖

7、3所示。耦方法相同。3結(jié)論本文以雙變量系統(tǒng)的解耦方法為例，通過利用雙變量耦合系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，詳細(xì)介紹了不同解耦方法的應(yīng)用與研究，比如前饋解耦與對(duì)角矩陣解耦，對(duì)解耦算法的在教學(xué)和研究中的應(yīng)用有重要的意義?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】［1］胡壽松.自動(dòng)控制原理［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1987：99-103.［2］鄭大鐘.線性系統(tǒng)理論［M］.2版.北京：清華大學(xué)出版社，2002：206-208.［3］孫靜，孫建平，梁兆陽(yáng).雙輸入雙輸出時(shí)滯系統(tǒng)的解耦控制方法［J］.儀器儀表用戶，2008，15(4)：108-109.［4］閔娟，黃之初.多變量解耦控制方法［J］.控制工程，200

8、5，12(7)：125-127.［責(zé)任