多变量系统解耦的研究及其在流浆箱控制中的应用

摘要

本文主要研究内容表现在以下几个方面： 首先文章对内模控制、解耦控制和流浆箱控制的发展历程作了较为详细的介绍。内模控制它是在经典控制理论难以满足控制系统的基础上提出来的一种控制方法，能有效地处理多输入多输出系统，并且能揭示系统的更深刻特性。解耦控制的则主要经历了传统解耦、自适应解耦、鲁棒解耦和智能解耦等阶段。 针对多变量系统为对象，这一章首先介绍了多变量对象的控制研究和多变量控制要求，接下来主要介绍了多变量系统的数学描述、相对增益矩阵和解耦的条件等。最后概况了几种减小和消除耦合的方法以及几种典型的解耦方法。 介绍了内模控制理论，主要从单自由度内模控制和二自由度内模控制入手，总结了内模控制的结构和性质以及内模控制的设计。详细的介绍了滤波器在内模控制中的重要作用。 以气垫式流浆箱控制系统为对象，对制浆造纸过程工艺流程做了简单的概述，并对流浆箱的工作原理和数学模型以及控制的要点做了较为详细的介绍，同时简单的论述了流浆箱的作用和性能要求。 针对流浆箱过程，将内模控制与经典的解耦方法相结合应用到了流浆箱控制系统中去，并与传统的PID控制进行比较，通过仿真结果表明该方法设计比较简单，而且具有良好的控制性能。并且简要描述了控制系统的硬件组成和软件设计分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文选题的目的和意义

1.2内模控制的研究历史和现状

1.3解耦控制的研究现状

1.4流浆箱控制算法综述

1.4.1模糊控制算法

1.4.2神经网络算法

1.4.3仿人智能算法

1.4.4自适应解耦算法

1.4.5神经网络内模控制算法

1.5本文研究的主要内容

2多变量解耦控制系统

2.1多变量对象控制的研究进展

2.2多变量系统的控制要求

2.3多变量系统的数学描述

2.3.1对象模型的内部描述法

2.3.2对象模型的外部描述法

2.3.3非参数数学模型

2.4相对增益矩阵

2.4.1相对增益矩阵的定义

2.4.2相对增益矩阵的计算

2.4.3相对增益矩阵的特性

2.5多变量控制系统解耦的条件

2.6减少及消除耦合的方法

2.6.1通过选择变量配对来减少耦合

2.6.2调整控制器参数来改变耦合程度

2.6.3通过减少控制回路来解决

2.6.4串联解耦装置来消除耦合

2.7几种典型的解耦方法

2.7.1前馈补偿解耦法

2.7.2反馈补偿解耦法

2.7.3对角矩阵解耦法

2.7.4单位矩阵解耦法

2.8小结

3内模控制理论

3.1引言

3.2单自由度内模控制

3.2.1内模控制结构及其等价形式

3.2.2内模控制的主要性质和特点

3.2.3内模控制器的实现问题

3.2.4单自由度内模控制的设计

3.2.5滤波器的设计

3.3内模控制结构的改进

3.4二自由度内模控制

3.4.1二自由度的概念

3.4.2二自由度内模控制

3.4.3改进的二自由度内模控制

3.5内模控制的性能分析

3.5.1内模控制的鲁棒性分析

3.5.2内模控制的品质性能分析

3.6小结

4气垫式流浆箱控制系统

4.1制浆造纸过程工艺流程概述

4.2流浆箱控制系统的工作原理及数学模型

4.3气垫式流浆箱控制要点

4.3.1总压控制

4.3.2浆位控制

4.3.3总压与浆位解耦控制

4.4气垫式流浆箱控制难点

4.5流浆箱的作用和性能要求

4.6小结

5系统仿真与设计

5.1系统仿真研究

5.1.1常规PID控制仿真

5.1.2对角矩阵解耦内模控制仿真

5.1.3仿真结果分析

5.2系统组成及其设计

5.2.1西门子S7-300简介

5.2.2系统硬件组成

5.2.3软件设计分析

5.3小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文