时滞过程的解耦控制设计及其在定量水分控制中的应用

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本文详细介绍了矩阵求逆解耦、前馈解耦、和逆向解耦三种开环解耦方法,分析了各自的优缺点。对于时滞过程,采用了解决时滞问题最为经典的方法Smith预估法、IMC控制进行处理。这又引出了两种不同的控制策略,一为分步处理,即先通过解耦方法将耦合回路进行开环解耦,然后再利用时滞处理方法闭环控制;二为整体处理,此时的控制器包括解耦和控制两个功能,同时进行闭环解耦、控制。 本文关于时滞解耦的主要内容为以下几方面: 1.分析了开环解耦算法如矩阵求逆解耦、前馈解耦、逆向解耦,并比较了他们之间的优缺点,强调了逆向解耦的重要性,并将无时滞开环解耦算法推广到时滞过程。 2.介绍了Smith预估解耦控制算法,证明了整体处理策略的Smith预估控制是不可以的。介绍了前馈解耦的Smith预估控制算法,提出了逆向解耦的预估解耦控制算法。给出了先开环解耦再闭环控制的Smith预估解耦算法,并改进了Smith预估结构,得到改进的Smith预估解耦结构。 3.介绍了IMC解耦控制算法。首先对IMC结构进行分析,提出了前馈解耦的IMC解耦控制算法和逆向解耦的IMC解耦控制算法,随后分别用解耦控制整体处理方法和先开环解耦再闭环控制两种策略进行仿真。 4.将提出的解耦控制算法应用到了定量水分控制系统中,提出以定量水分解耦控制为外环,纸浆流量和蒸汽压力PID控制为内环的串级控制系统,并通过工程实例展示了算法的可行性。 总之,本文通过对大时滞耦合过程的分析,提出了针对此类过程的两种控制策略,研究了相应的解耦控制算法,通过仿真研究和工程项目实践证明了提出的算法具有良好的解耦性能和控制性能。
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