化工過程多變量系統(tǒng)的PID控制研究.pdf

1、絕大部分化工過程本質(zhì)上都是復(fù)雜的多變量、多時滯系統(tǒng)，輸入變量與輸出變量之間的相互關(guān)聯(lián)，以及各回路不同滯后時間的存在，給多變量PID控制系統(tǒng)的研究工作帶來較大的困難。本文針對典型的化工過程多變量FOPTD(一階加純滯后)、SOPTD(二階加純滯后)對象，在有效傳遞函數(shù)法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，系統(tǒng)地研究了多變量PID控制器的整定和優(yōu)化問題。主要內(nèi)容如下： 1.介紹一種基于有效相對增益矩陣(ERGA)的回路配對準(zhǔn)則，它同時考慮對象的靜態(tài)和

2、動態(tài)信息，且不依賴控制器的設(shè)計。將其與兩種常見的配對準(zhǔn)則：傳統(tǒng)的基于RGA和NI的回路配對準(zhǔn)則，及新的基于DRGA的回路配對準(zhǔn)則相比較，通過理論分析和實例仿真，說明ERGA方法是一種更為直接有效的配對方法。 2.求導(dǎo)了針對多變量、多時滯對象的傳遞函數(shù)矩陣和狀態(tài)空間表達(dá)式的轉(zhuǎn)換通式，利用添加輔助變量的方式解決多時滯問題；然后基于多變量PID控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)統(tǒng)一性，進(jìn)一步推導(dǎo)了其閉環(huán)狀態(tài)空間表達(dá)通式，以便于在時域上分析整個控制系統(tǒng)的性

3、能特征，求取各類綜合性能指標(biāo)。 3.對有效傳遞函數(shù)法進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種基于完整性分析的魯棒分散PID控制器的設(shè)計方法，即改進(jìn)的有效傳遞函數(shù)法METF。利用有效相對增益矩陣ERGA，計算對象各回路的有效傳遞函數(shù)，并引入綜合性能指標(biāo)——李亞普諾夫二次型指標(biāo)和復(fù)實比率指標(biāo)，對分散PID參數(shù)式中的幅值裕度進(jìn)行多約束、多目標(biāo)NLJ尋優(yōu)，同時利用完整性定理分析分散控制系統(tǒng)的完整性。通過五個實例仿真，驗證了這種設(shè)計方法對于典型的多變量化工過

4、程對象有很好的通用性和良好的控制效果。 4.將有效傳遞函數(shù)法擴(kuò)展到多變量解耦PID控制系統(tǒng)的設(shè)計?；诶硐虢怦羁刂坪蛣討B(tài)相對增益矩陣，推導(dǎo)出控制器非對角解耦參數(shù)的計算公式，同時利用列占優(yōu)指標(biāo)和不確定因子判斷控制的解耦效果和魯棒性。仿真實例的結(jié)果說明，這種方法能夠有效削減回路間的耦合，且控制效果良好。 5.最后針對模型非精確辨識的情況，研究了基于繼電反饋試驗的多變量解耦PID控制器的設(shè)計方法，研究結(jié)果和實例仿真表明，它對于