解耦控制新版系统仿真

综合性设计型实验报告 系别化工机械系 班级10级自动化（2）班 第 一 学期 学号 姓名 李忠坪 指引教师 王淑钦 课程名称 综合性设计型实验 实验名称 解耦控制系统仿真研究 实验类型 设计性 实验地点 实验时间 .12.16--.12.27 实验内容（简述） 1、 针对拟定双输入双输出控制对象模型，进行多变量控制系统耦合限度分析，计算相对增益，拟定变量配对。 2、 设计解耦控制器。 3、 运用MATLAB simulink软件进行对象仿真研究，涉及建立仿真框图和进行控制系统仿真，得出仿真成果曲线。 4、针对以上仿真成果进行比较分析，理解解耦控制器设计意义和过程。 5、运用MATLAB simulink软件进行控制系统仿真研究，涉及建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真成果曲线。 实验目与规定 1、掌握解耦控制基本原理和实现办法。 2、学习运用模仿电路实现解耦控制及实验分析。 设计思路（设计原理、设计方案及流程等） 1、查阅资料拟定一双输入双输出控制对象模型，分析多变量控制系统耦合限度分析，计算相对增益，拟定变量配对。 2、设计解耦控制器。 3、运用MATLAB simulink软件进行对象仿真研究，涉及建立仿真框图和进行控制系统仿真，得出仿真成果曲线。 A、先完毕不存在耦合时仿真框图建立并得出仿真成果。 B、完毕系统耦合时仿真框图建立并得出仿真成果。 C、进行解耦控制仿真框图建立并得出仿真成果。 4、针对以上仿真成果进行比较分析，理解解耦控制器设计意义和过程。 5、运用MATLAB simulink软件进行控制系统仿真研究，涉及建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真成果曲线。 A、针对单回路系统（无耦合）系统进行控制系统仿真框图建立，得出仿真成果。 B、针对解耦之后双输入双输出系统进行控制系统系统仿真框图建立，得出仿真成果。 C、对以上仿真成果进行分析。 核心技术分析 1、耦合分析 采用相对增益法，先计算第一放大系数，再由第一放大系数直接计算第二放大系数，从而得到相对增益矩阵。 2、 选用最佳变量配对 选用恰当变量配对关系，也可以减少系统耦合限度。 3、 解耦设计 在耦合非常严重状况下，最有效办法是采用多变量系统解耦设计。解耦控制设计重要任务是解除控制回路或系统变量之间耦合。 4、 仿真研究 运用MATLAB simulink软件进行仿真研究，涉及建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真成果曲线，并对曲线进行比较分析。 实验过程（涉及重要环节、成果简介、代码分析、实验分析等） 针对常用精馏塔温度控制系统，描述系统输入输出传递函数表达为 -----，其她参数不变，试运用对角阵解耦办法实现系统过程控制。 （1）求系统相对增益以及系统耦合分析 由式得系统静态放大系数矩阵为 即系统第一放大系数矩阵为 系统相对增益矩阵为。 由相对增益矩阵可以得知，控制系统输入、输出配对选取是对的；通道间存在较强互相耦合，应对系统进行解耦分析。 系统输入、输出构造如下图所示 （2）拟定解耦调节器 依照解耦数学公式求解对角矩阵，即 采用对角矩阵解耦后，系统构造如下图所示 解耦先后对象simulink阶跃仿真框图及成果如下 1）不存在耦合时仿真框图和成果 图a 不存在耦合时仿真框图（上）和成果（下） 2） 对象耦合Simulink仿真框图和成果 图b 系统耦合Simulink仿真框图（上）和成果（下） 对比图a和图b可知，本系统耦合影响重要体当前幅值变化和响应速度上，但影响不明显。其实不进行解耦通过闭环控制仍有也许获得规定品质。 3）对角矩阵解耦后仿真框图和成果 图c对角矩阵解耦后仿真框图（上）和成果（下） 对比图a和图c可知，采用对角解耦器后系统响应和不存在耦合成果同样，采用对角实现了系统解耦。解耦后系统可按两个独立系统进行分析和控制。 （3）控制器形式选取与参数整定 通过解耦，原系统已可当作两个独立单输入输出系统。考虑到PID应用广泛性和系统无静差规定，控制器形式采用PI形式。 PI参数整定通过解耦两个单输入输出系统进行，整定采用试误法进行。 当x1y1通道Kp20，Ki3时系统阶跃响应如图 当x2y2通道Kp35，Ki5时系统阶跃响应如图 （4）系统仿真 采用对角矩阵解耦时，控制系统如下图所示 为了比较解耦和不解耦两种状况，分别列出两种状况Simulink框图和仿真成果。 不解耦时系统Simulink仿真框图及成果（第二幅图中响应曲线在t1s处从上往下依次是通道x2y2输入波形和响应波形、通道x1y1输入波形和响应波形以及随机扰动波形） 解耦时系统Simulink仿真框图及成果（第二幅图中响应曲线从上往下依次是通道x2y2输入波形和响应波形、通道x1y1输入波形和响应波形以及随机扰动波形） 对比以上两条仿真曲线，系统解耦后系统动态响应有了明显改进，由有超调振荡衰减过程变为无超调单调过程，系统阻尼比增大，调节时间变长。 实验总结 通过这次实验，我进一步理解了双输入输出系统及其变量之间互相耦合与影响，充分掌握理解耦控制基本原理与解耦控制器设计办法。 学生签名 年 月 日 评语与成绩 教师签名 年 月 日 填写阐明 1．实验类型验证性、设计性或综合性。 2．表格不够填写，可抬高，增长页数。 3．签名、日期必要手写。