解耦控制系统仿真

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解耦控制设计与仿真

解耦控制系统设计与仿真姓名：专业：学号：第一章解耦控制系统概述1.1背景及概念在现代化旳工业生产中，不停出现某些较复杂旳设备或装置，这些设备或装置旳自身所规定旳被控制参数往往较多，因此，必须设置多种控制回路对该种设备进行控制。

由于控制回路旳增长，往往会在它们之间导致互相影响旳耦合作用，也即系统中每一种控制回路旳输入信号对所有回路旳输出都会有影响，而每一种回路旳输出又会受到所有输入旳作用。

要想一种输入只去控制一种输出几乎不也许，这就构成了“耦合”系统。

由于耦合关系，往往使系统难于控制、性能很差。

所谓解耦控制系统，就是采用某种构造，寻找合适旳控制规律来消除系统中各控制回路之间旳互相耦合关系，使每一种输入只控制对应旳一种输出，每一种输出又只受到一种控制旳作用。

解耦控制是一种既古老又极富生命力旳话题，不确定性是工程实际中普遍存在旳棘手现象。

解耦控制是多变量系统控制旳有效手段。

1.2重要分类三种解耦理论分别是：基于Morgan问题旳解耦控制，基于特性构造配置旳解耦控制和基于H_∞旳解耦控制理论。

在过去旳几十年中，有两大系列旳解耦措施占据了主导地位。

其一是围绕Morgan问题旳一系列状态空间措施，这种措施属于全解耦措施。

这种基于精确对消旳解耦措施，碰到被控对象旳任何一点摄动，都会导致解耦性旳破坏，这是上述措施旳重要缺陷。

其二是以Rosenbrock为代表旳现代频域法，其设计目旳是被控对象旳对角优势化而非对角化，从而可以在很大程度上防止全解耦措施旳缺陷，这是一种近似解耦措施。

1.3有关解法选择合适旳控制规律将一种多变量系统化为多种独立旳单变量系统旳控制问题。

在解耦控制问题中，基本目旳是设计一种控制装置，使构成旳多变量控制系统旳每个输出变量仅由一种输入变量完全控制，且不一样旳输出由不一样旳输入控制。

在实现解耦后来，一种多输入多输出控制系统就解除了输入、输出变量间旳交叉耦合，从而实现自治控制，即互不影响旳控制。

互不影响旳控制方式，已经应用在发动机控制、锅炉调整等工业控制系统中。

解耦控制

Y1 v11 (U 1 v12Y2 v1nYn )
Y2 v 22 (U 2 v 21Y1 v 2 n Yn ) Yn v nn (U n v n1Y1 v n ( n 1)Yn 1 )
9
2 解耦控制系统的分析
（9-15）
25
从上述分析可知，第一放大系数pij是比较容易确定的，但第二放大系数qij则要求其他回路开环增益为无穷大的情况才能确定，这不是在任何情况下都能达到的。事实上，由式（9-12）和式（9-14）可看出，第二放大系数qij完全取决于各个第一放大系数pij，这说明有可能由第一放大系数直接求第二放大系数，从而求得耦合系统的相对增益ij。
根据定义可得相对增益ij p11 K11 K 22 p 21 K12 K 21 11 ; 21 q11 K11 K 22 K12 K 21 q 21 K11 K 21 K11 K 22 p12 K12 K 21 p 22 K11 K 22 12 ; 22 q12 K12 K 21 K11 K 22 q 22 K11 K 22 K12 K 21
26
(2) 直接计算法现以图9-7所示双变量耦合系统为例说明如何由第一放大系数直接求第二放大系数。引入P矩阵，式（9-10）可写成矩阵形式，即
Y1 p11 Y p 2 21
p12 U 1 K11 p 22 U 2 K 21
2
1 解耦控制的基本概念
在一个生产过程中，被控变量和控制变量往往不止一对，只有设置若干个控制回路，才能对生产过程中的多个被控变量进行准确、稳定地调节。在这种情况下，多个控制回路之间就有可能产生某种程度的相互关联、相互耦合和相互影响。而且这些控制回路之间的相互耦合还将直接妨碍各被控变量和控制变量之间的独立控制作用，有时甚至会破坏各系统的正常工作，使之不能投入运行。

变速恒频风电系统双PWM解耦控制仿真研究

ＬｉＨＯＨｉ－Ｉｕ－ｅ，ＨＮＸｅＩＢｎ，ＺＡｕ，ＬＵＪｎｊＡｕ．ｉ
（．ｉｊｅａｏａｏｙｏｏｔｌＴｅｒｎｐｌａｉｓｉＣｍｌａｄＳｓｍ，Ｔａｊ０３４ｈｎ）１ＴａｉＫｙＬｂｒｔｒｆｒＣｎｒｈｏａｄＡｐｉｏｎｏｐｉｔｙｔｎｎｏｙｃｎｔｃｅｅｉｎｉ３０８，Ｃｉａｎ
（．理工大学，１天津天津市复杂控制理论与应用重点实验室，天津
２天津农学院，天津．３０８０３０；３河北沧州供电公司，河北沧州．
３０８；０３４
０１０）６００
摘要：论了随机性风速下，线性变速恒频双馈风力发电系统最大风能捕获控制问题。分析了满足双馈电机讨非能量双向流动的双脉宽调制（ＷＭ）Ｐ变换器及其数学模型，此处采用双ＰＷＭ变频器解耦控制策略，子侧变频转
发电系统完整的仿真模型。利用该模型对风电系统的最大风能追踪控制进行了详细的仿真研究，证了理论验
及仿真分析的正确性。关键词：双馈风力发电机：变频器：解耦控制中图分类号：Ｍ３５Ｔ１文献标识码：Ａ文章编号：００１０２１）００１— ３１０ — ０Ｘ（０１１— １７０
ＴｈｉｕａｉｎＲｅｅｒｈｏｒａｌｐｅｉｄＴｕｂｎｅＳｍｌｔｓａｃｆＶａｉｂｅＳｅｄＷｎｒｉｅｏＤｏｂｅＰＶ Ⅵ ＩｖｒｅｃｕｌｇＣｏｔｏｕｌ－ｎｅｔｒＤｅｏｐｉｎｒｌｎ

双馈风力发电系统功率解耦控制策略仿真研究

（１ｏｅｅｏｌｃｃｌｎｏｔｌｎｉｅｒｇＬａｎｎｃｎｃｌｎｖｒｔ，ｕｕａｉｎｎ２１５Ｃｉａ．ＣｌｇｆｅｔａａｄＣｎｒｇｅｉ，ｉｉｔｈｉｉｅｓｙＨｌｄｏＬａｉｇ１５０，ｈ；ｌＥｒｉｏＥｎｎｏｇｅａｕｉｏｎ
摘要：研究风力发电机功率效率优化控制问题，由于外部风力环境变化较大，应保证变换器的稳定性控制。传统的控制方法不但动态和稳态性能差，而且控制策略比较复杂。为了改善控制效果，高直流电压利用率，用了ＳＰ提采ＶＷＭ调制技术，并
提出了～－种功率解耦控制策略的双脉宽调制（ＷＭ）Ｐ变换器控制方案。网侧变换器控制直流母线电压的稳定并调节网侧功率因数，转子侧变换器进行矢量解耦控制，调节定子有功和无功功率。仿真结果表明，控制策略能够快速跟踪风速变化，维持直流侧母线电压恒定，出的电流为正弦波，输并且与电网电压同频同相，满足并网条件，现有功和无功功率的独立调节，实对并网风力发电系统的设计研究提供有意义的参考。关键词：变速恒频；双馈风力发电；双脉宽调制变换器；功率解耦中图分类号：Ｍ６；Ｍ７３Ｔ４Ｔ４文献标识码：Ａ
ｆｓｌａｋｓｅｄｃａｇｓａｔｔｃｐｅｈｎｅ，ｍａｎａｎａｃｎｔｎａｕｆＤＣｓｄ，ａｄｏｔｕｉｕｏｄｕｒｎｉｈｈｓｓｍｌｒｙｒｉｔｉｏｓａｔｖｅｏｉｅｎｕｐｔｓｎｓｉａｃｒｅｔｗｈｃａｉａｌｌ
２０Ｔ７）辽宁省高等学校优秀人才支持计划（０８Ｃ５０７０５；２０Ｒ２）

三相异步电动机解耦控制仿真

三相异步电动机解耦控制仿真摘要：关键字：引言异步电动机具有结构简单、制造容易、功率容量大、维护工作量小等优点，但要获得良好的动态性能却比直流电动机困难得多，随着科学技术的发展，交流传动取代直流传动已经成为不争的事实。

本文论述了电力传动系统的根本控制规律，推导了异步电动机按转子磁链和按定子磁链定向的动态数学模型，根据模型的特点，分析了矢量控制与直接转矩控制两种高动态性能交流调速系统的控制方法。

2 三相异步电动机的耦合3 三相异步电机解耦控制传递函数状态数学模型（1）三相静止坐标系到同步旋转坐标系下的转换矩阵VR ，即⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡++=21 21 21)32sin(- ) 32-sin(- sin -) 32cos( )32-cos( cos θπθθπθπθθVR 其反变换矩阵VR -1为⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡++-=- 132sin 32cos 132sin 32cos 1sin cos 1ππ) (θ - ππ) (θ π) (θ-π) (θ θ θ VR)(000000002121111122112211q d d q m n d d d d m m m m q d q d i i i i L P T i i i i L L L L L L L L -=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙∙∙∙φφφφ)()())()( )()(1221112 2 21 1 1 221 12 1 12 2 21 221 2 2 221 212212211+⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛∙⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛----------=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙∙∙∙∙∙∙∙-∙-∙-∙-∙∙-∙-∙-∙-q d q d m m m mm m m m mm m m m q d q d i i i i L R L L L L R L L L L L L R L L L R L R L L L R L L L L R L R L L L L R L L L i i i i ϕλϕλϕλϕλλϕλϕλϕλϕ)(200 00 21211122q d d q q d m m i i L Lm PnT u u L L L L φφ-=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫⎝⎛∙⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--为：相应的电机转矩表达式)()()(0)()(0)()( )()()(1221122 221 221 22 21 221 22 221 22 212222221 221 22221 222 212212211+⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∙⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡∙∙∙∙∙∙∙∙-∙--∙---∙--∙--∙∙q d q d m m m m m m m m m m m m m m m q d q d i i L L L L L L L L R L L L L L L L L L L L L L R L L L L L R L L -L L L R L R L L L L R L L L L L L L R -L R L L L i i φφλλλϕϕλϕϕφφ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎪⎪⎭⎫⎝⎛∙⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛11220 00 0 00 q d u u L L 转子磁链坐标系（M-T ）下的电机状态方程及转矩表达式：)()()(0)()(0)()( )()()(1022 221 221 22 2m 21 221 22 221 22 2212222221 221 22221 222 21221211∙⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-------=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-∙--∙---∙--∙--∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙L L L L L L L L R L L L L L L L L L L L L L R L L L L L R L L -L L L R L R L L L L R L L L L L L L R -L R L L L i i m m m mm m m m m m m m m m m m m t m λλλϕϕλϕϕφ⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛∙∙0211m t m i i φ+∙⎪⎪⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛0 00 0 00 22L L ⎪⎪⎭⎫⎝⎛11t m u u 式中221222221221-m m nt m m m it L L P T i L LmRm L R i L L φθϕλλλφφ===-=∙∙∙∙∙∙：。

用并联补偿解耦法设计MIMO控制的仿真

Ｋｅｗｏｄｉｅａｙｔｍ；ＭＯｓｓｍ；ａｏａｅｏｐｉ￣Ｐｒｌｌｃｍｐｎａｏｉｌｋｙｒ：ｔｍｅｄｌｙｓｓｅＭＩｙｔｅＤｉｇｎｌｄｃｕｌｎａａｌｏｅｓｔｎｓｍｕｉｅｉｎ
（东华理工大学机械与电子工程学院，西抚州３０１）江３０３
摘要：针对过程控制中常见的多输入多输出（ＭＯ系统，ＭＩ）由于系统中得各个控制通道之间存在耦合关系，以所输出往往要经过一段时间才能响应输入信号，时滞现象广泛存在于工业控制中，于消除这种现象，时传统的方法有对
ＡｂｔａｔＩｒｃｓｃｎｒｆｃｍｏｕｔｌｉｕｍｕｔｌ－ｔｕｓｒｃ：ｎｐｏｅｓｏｔｌｏｏｍｎｍｌｐｅｎｔｌｐｅｏｐｔｏｉ－ｐｉ－ｕＩ）ｙｔｍｂｃｕｅｔｅｓｓｍｏａｈＭＯｓｓ，ｅａｓｈｙｔｆｃｅｅｅ
第３卷第３期・术９掌
Ｖ０１Ｍａｒ３．３９．
湖
南
．
农
．
Ｏｔ
２１年３月０２
Ｍａ．０１ｒ２２
ＨＵＮＡＮＡＧＲＩＣ．ＵＲＡｔＭＡＣＨＩＴＮＥＲＹ
用并联补偿解耦法设计ＭＩＭＯ控制的仿真
黄威，夏洪，张秀喜，征，尧郑振峰
ｓｍｕａｉｎｉｌｔｏ
ＨＵＡＮＧｅ，Ａｏｇ，ＨＡＮＧｕｘ，Ａ０ｅｇ，ＨＥＮＧｈｎｎＷｉｘｌＨｎｚＸｉ－ｉＹＺｈｎｚＺｅ— ｇ

基于模糊PID温湿度解耦控制器的仿真与结果分析

第１期
张宁子等：基于模糊ＰＩＤ温湿度解耦控制器的仿真与结果分析
ｌ５
图２温湿度解耦控制器原理图
后越为湿度模糊控制器的误差变化率的量化因子；是湿度控制器的输出；ｄＱ＝ｒｄ￣是当温室的湿度变
△ ｃ）＝ｃ（）一ｃ（后一１）＝
Ｋ｛ｅ）一ｅ（ｋ一１）＋ｅ）＋１ｄ［ｅ（ｋ）－２ｅ（ｋ－１）＋ｅ（ｋ－２）］｝．（１）
Ｌ１ｉ１Ｊ
１温湿度解耦控制器设计
图１模糊控制系统组成图
解耦控制的思想是在空气遇到敞开的水面时，空气和水表面发生湿、热的交换过程，此时有潜热交换发生．潜热交换指空气中的水蒸气凝结或蒸发从而放出或吸收汽化潜热的结果．该系统通过对湿
化时产生的热量变化．假定温度偏差的论域范围为［－５￣Ｃ，５ ℃】，湿度偏差的论域范围为［＿１５￣Ｃ，１５ｏＣ】，把超出温度和湿度范围规定为控制区，在控制区内
文献标志码：Ａ
模糊控制系统由模糊推理、知识库、模糊化和反模糊化４个部分构成Ｉｌ－２】，内容主要包括解决模糊性和模糊算法应用两大部分．一般控制系统的结构框图见图１．

解耦控制仿真实验(最全版)PTT文档

解耦控制仿真实验
前言
耦合：操纵变量与被控变量之间是互相影响的，一个操纵变量的变化同时引起几个被控变量变化的现象。
前言
解耦：消除系统之间的相互耦合，使各系统成为独立的互不相关的控制回路。解得前馈补偿环节的传递函数
解得前馈补偿环节的传递函数控制通道和干扰通道模型的辨识被控量和控制量之间的适当匹配；
Gc22(s)
Gv2(s)
D22 (s)
G11 ( s )
G21 ( s )
G12 (s)
G22 (s)
控制通道和干扰通道模型的辨识
由阶跃响应曲线拟合动态模型
解得前馈补偿环节的传递函数
被控量和控制量之间的适当匹配；
控附制加通解道耦和装干置扰q通i 道模型的辨识
解得前馈补偿环节的传递函数
被控量和控制量之间的适当匹配；
h (3 T ) K (1 a e 3 ) 0 .9h ( 5 )
h (4 T ) K (1 a e 4 ) 0 .9h ( 8 )
辨识方法切线法工程法两点法
• 在HYSYS流程模拟系统上实施
感谢观看
r1 -
r2
-
Kc1 gc1
Kc2 gc2
调节器
1
K11 g11
y1
++
K21 g21
K12 g12
K22 g22
++
y2
2
过程
前馈解耦
r1 -
+
c1
Gc1
D11 (s)
+
1
y11
G11 (s)
y1
+
++
D21 (s)

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.. . .. . .
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2013—2014学年第一学期
系统的相对增益矩阵为：0.570.43 0.430.57⎡⎤
Λ=⎢
⎥⎣⎦。

由相对增益矩阵可以得知，控制系统输入、输出的配对选择是正确的；通道间存在较强的相互耦合，应对系统进行解耦分析。

系统的输入、输出结构如下图所示
（2）确定解耦调节器
根据解耦数学公式求解对角矩阵，即
()()()()()()()()()()()()()()()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡---=⎥⎦⎤⎢⎣⎡s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G P P P P P P P P P P P P P P P P 221121112212221121122211222112111
22222128.752.8 3.313.6530.151
216.282.8 5.882544055128.752.8 3.3S S S S S S S S S S ⎡⎤++---=⎢⎥++++++⎣⎦
采用对角矩阵解耦后，系统的结构如下图所示：
解耦前后对象的simulink 阶跃仿真框图及结果如下： 1）不存在耦合时的仿真框图和结果
图a 不存在耦合时的仿真框图（上）和结果（下）2）对象耦合Simulink仿真框图和结果
图b 系统耦合Simulink仿真框图（上）和结果（下）
对比图a和图b可知，本系统的耦合影响主要体现在幅值变化和响应速度上，但影响不显著。

其实不进行解耦通过闭环控制仍有可能获得要求品质。

3）对角矩阵解耦后的仿真框图和结果
图c对角矩阵解耦后的仿真框图（上）和结果（下）
对比图a和图c可知，采用对角解耦器后系统的响应和不存在耦合结果一样，采用对角实现了系统解耦。

解耦后系统可按两个独立的系统进行分析和控制。

（3）控制器形式选择与参数整定
通过解耦，原系统已可看成两个独立的单输入输出系统。

考虑到PID应用的广泛性和系统无静差要求，控制器形式采用PI形式。

PI参数整定通过解耦的两个单输入输出系统进行，整定采取试误法进行。

当x1y1通道K p=20，K i=3时系统的阶跃响应如图：
当x2y2通道K p=35，K i=5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情况，分别列出两种情况的Simulink框图和仿真结果。

不解耦时系统的Simulink仿真框图及结果（第二幅图中的响应曲线在t=1s处从上往下依次是通道x2y2的输入波形和响应波形、通道x1y1的输入波形和响应波形以及随机扰动波形）：
解耦时系统的Simulink仿真框图及结果（第二幅图中的响应曲线从上往下依次是通道x2y2的输入波形和响应波形、通道x1y1的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，系统解耦后系统的动态响应有了显著改善，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。

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，增加页数。

3．签名、日期必须手写。

10。