多变量时滞系统解耦控制器解析设计方法

摘要

一种工业过程控制技术领域的多变量时滞系统解耦控制器解析设计方法，步骤如下：1)首先对化工多变量时滞过程的传递函数矩阵辨识模型；2)设计用于保证控制器能实现的两个调节因子；3)设计解耦的控制器C为如上式形式，如果对象传递函数矩阵分解后G_O(s)中仍然含有时滞项，将导致设计的控制器是无穷高阶，这时使用控制器降阶技术对该控制器进行降阶。本发明采用输入输出设计方法，设计方法容易理解，使用方便，不需要状态信息。本发明设计的控制器可以实现系统输出解耦，并且只需要调节有限的几个参数，就可以方便有效的定量调节系统性能和鲁棒性。

主权项

1、一种多变量时滞系统解耦控制器解析设计方法，其特征在于，具体步骤如下：1)首先对化工多变量时滞过程的传递函数矩阵辨识模型其中 $g_{\mathrm{ij}}\left(s\right)=g_{\mathrm{oij}}\left(s\right)e^{-{\theta }_{\mathrm{ij}}s},$它是指从被控过程的第i个输入到第j个输出的传递函数，g_0ij(s)是其稳定正则的有理传递函数部分，θ_ij是其相应的过程传输时滞，i，j＝1，…p，进行分解，分解形式如下：G(s)＝G_D(s)G_O(s)，其中， $G_D\left(s\right)=\mathrm{diag}\{e^{-{\theta }_{1}s},···,e^{-{\theta }_{p}s}\},G_O\left(s\right)=G_D^{-1}\left(s\right)G\left(s\right),$其中θ_i取为G^-1(s)的第i列中最大预估值；2)设计用于保证控制器能实现的两个调节因子： $G_N\left(s\right)=\mathrm{diag}\{\underset{j=1}{\overset{r_z}{\Pi }}{\left(\frac{-s+z_j}{s+z_j^{*}}\right)}^{k_{1j}},···,\underset{j=1}{\overset{r_z}{\Pi }}{\left(\frac{-s+z_j}{s+z_j^{*}}\right)}^{k_{\mathrm{pj}}}\}$ $J\left(s\right)=\mathrm{diag}\{\frac{1}{{({\lambda }_{1}s+1)}^{p_1}},···,\frac{1}{{({\lambda }_{n}s+1)}^{p_n}}\}$其中z_j是G^-1(s)第i列中不稳定的极点，k_ij是z_j的最大个数，λ_i为控制器可调参数，p_i取G(s)中第i列元素的最大相对阶次；3)设计解耦的控制器C为如下形式： $C\left(s\right)=\frac{G^{-1}\left(s\right)G_D\left(s\right)G_N\left(s\right)J\left(s\right)}{I-G_D\left(s\right)G_N\left(s\right)J\left(s\right)},$在上述过程中，如果对象传递函数矩阵分解后G_O(s)中仍然含有时滞项，将导致设计的控制器是无穷高阶，这时使用控制器降阶技术对该控制器进行降阶。