解耦控制实验报告
设计串联解耦环节实现系统的解耦控制 (自动保存的)
显的物理意义，因而输出反馈易实现。
对于式(2.1)描述的线性系统，当将系统的控制量 取为输出 的线性函数
(2.4)
时，称之为输出反馈，其中其中 为 维参考输入向量， 为 矩阵，称为输出反馈增益矩阵。
将式(2.4)代入式(2.1)，可得到采用输出反馈后闭环系统的状态空间方程
3.
3.
3.
对于具有相同输入、输出个数的MIMO线性定常系统
(3.8)
设 为系统的输入输出个数，可采用控制规律 ，即存在输入变换阵和状态反馈矩阵对 进行解耦的充要条件是：可解耦性判别矩阵 为非奇异。且当选取 为 时，解耦控制系统的传递函数矩阵为
(3.9)
其中 ， 与 是解耦控制中两个基本特征量。对 对角线上第一个元素可提出第 个极点要求，并有
2.
设不完全能控的多输入系统为
(2.21)
经过坐标变换，即经过能控结构分解，式(2.21)可写成
(2.22)
式中， 为能控子系统，由于坐标变换不改变系统的极点，所以式(2.21)与式(2.22)系统的极点相同，它们的极点集为
(2.23)
极点 为能控极点， 为不能控极点，考虑式(2.22)系统的任意状态反馈
设计主要内容：
（1）求出系统的传递函数。
（2）设计串联解耦环节，并求出解耦后的系统传递函数。
（3）对解耦后的系统进行极点配置，并求出配置后系统的传递函数。
（4）绘制原系统及配置极点后系统的输出响应曲线图，并进行分析。
3.
3.
线性定常系统的状态空间表达式包括状态方程和输出方程，简写形式如下
(3.1)
式中， 分别为 维， 维， 维向量。式(3.1)中，上式为状态方程，下式为输出方程。状态空间表达式实际上是对MIMO系统的时域描述，而传递函数阵则是对系统的频域描述，把时域的数学模型转换成频域的数学模型，其基本方法是在零初始条件下取拉氏变换。因此，对式(3.1)在零初始条件下取拉氏变换，则有
工业生产解耦控制方法分析研究
研究不足与展望
未考虑复杂因素
实际工业生产过程中存在许多复杂因素，如非线性、时变、干扰等，目前的解耦控制方法在处理这些复杂因素方面还有待加强。
展望未来研究方向
针对现有研究的不足，未来的研究可以更加注重不同解耦控制方法的比较和评估，以及开发能够更好地处理复杂因素的解耦控制方法。此外，结合现代控制理论和技术，如自适应控制、鲁棒控制等，可以进一步提高解耦控制的性能和效果。
多种解耦控制方法
通过对各种解耦控制方法的实际应用和有效性验证，得出了一些方法在特定场景下的优点和局限性。
有效性验证
对比分析了各种解耦控制方法在控制精度和稳定性方面的表现，为后续研究提供了参考。
控制精度与稳定性
方法比较缺乏
目前的研究多集中在具体解耦控制方法的应用和优化上，缺乏不同方法之间的比较和评估。
研究背景与意义
目前，解耦控制方法已经广泛应用于各种工业生产过程中，如化工、制药、冶金等。
基于模型的解耦控制方法需要建立被控对象的数学模型，而無模型解耦控制方法则不需要建立模型，因此具有更广泛的应用前景。
未来的研究方向是如何提高解耦控制方法的鲁棒性和自适应性，以适应更加复杂的工业生产过程。
现有的解耦控制方法主要包括基于模型的解耦控制和无模型解耦控制两种。
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案例一：化工过程控制
VS
解耦控制在钢铁生产过程中扮演着重要的角色，对于提高产品质量和生产效率具有积极的作用。
详细描述
在钢铁生产过程中，需要对多个工艺参数进行控制，如温度、压力、成分等，解耦控制方法能够将各个参数之间的关系进行有效的分离，从而实现对各个参数的精确控制，提高产品质量和生产效率。
总结词
案例二：钢铁生产过程控制
多轴车辆轮桥加载试验台的解耦控制实验研究
第50卷第4期中南大学学报(自然科学版) V ol.50No.4 2019年4月Journal of Central South University (Science and Technology)Apr. 2019 DOI: 10.11817/j.issn.1672−7207.2019.04.013多轴车辆轮桥加载试验台的解耦控制实验研究王慧1, 2，赵国超1，金鑫1(1. 辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新，123000;2. 哈尔滨工业大学机电工程学院, 黑龙江哈尔滨, 150001)摘要：为研究多轴车辆轮边和传动桥的工作特性和可靠性，模拟四轴车辆的实际工况，基于二次调节技术试制轮桥模拟加载试验台。
针对轮桥试验台驱动转速和输出转矩存在的耦合干扰问题，建立系统传递函数并求解出传递函数之间的对角矩阵，利用对角矩阵对系统进行解耦控制，通过轮桥模拟加载试验台进行耦合干扰实验及解耦控制实验。
研究结果表明：通过对角矩阵对试验台进行解耦控制，能有效解决驱动转速和输出转矩之间的耦合干扰问题，本实验中驱动转速误差减小78%，二次输出转矩误差减小67%，轮边输出转矩误差减小29%，解耦后提高了试验台可控性，可使试验台满足车辆轮桥的动态模拟加载实验的需求，研究结果可为此类轮桥试验台的设计及模拟加载实验提供一定的实验基础。
关键词：多轴车辆；传动桥；试验台；解耦控制；模拟加载中图分类号：TH113; TP302 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2019)04−0854−10Experimental study on decoupling control forwheel-bridge simulated test bench of multiaxial vehiclesWANG Hui1, 2, ZHAO Guochao1, JIN Xin1(1. School of Mechanical Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China;2. School of Mechanical and Electronic Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)Abstract: In order to study the working characteristics and reliability of multiaxial vehicles' wheel-bridge, the actual working conditions of the four-axle vehicle were simulated and the wheel-bridge simulated loading test bench was established based on the secondary regulation technology. In view of the coupled interference problem between the driving speed and output torque of wheel-bridge test bench, the system transfer function was established, and the diagonal matrix between the transfer functions was solved. The diagonal matrix was used to decoupling the system and the coupled interference experiment and decoupling control experiment were carried out by the wheel-bridge test bench. The results show that the decoupling control of the test bench by the diagonal matrix can effectively solve the coupled interference problem between the driving speed and the output torque. In this test, the drive speed error is reduced by 78%, the secondary output torque error is reduced by 67% and the wheel side output torque is reduced by 29%. The test bench has better controllability by using diagonal matrix decoupling control, and it can meet the demand of vehicle wheel-bridge dynamic simulation loading experiment. The results can provide a certain experimental basis for the design of this kind of wheel bridge test bench and the simulated loading experiment.Key words: multiaxial vehicle; drive axle; test bench; decoupling control; simulated loading收稿日期：2018−06−19；修回日期：2018−08−01基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51405213) (Project(51405213) supported by the National Natural Science Foundation of China) 通信作者：王慧，博士，教授，从事二次调节技术研究；E-mail：*******************第4期王慧，等：多轴车辆轮桥加载试验台的解耦控制实验研究855随着对车辆安全可靠性和运行性能要求的不断提高，车辆关键部件的模拟加载试验研究越来越受到重视[1–2]。
低阶鲁棒解耦控制器设计
低阶鲁棒解耦控制器设计的报告，800字
本文旨在介绍一种低阶鲁棒解耦控制器的设计方案。
该控制器使用低阶鲁棒技术、解耦技术以及其它控制技术，为系统提供更可靠的控制性能。
首先，我们需要弄清楚什么是低阶鲁棒控制。
低阶鲁棒控制是一种特定的控制方法，其中系统能够适应预期的抗扰动性能。
它的具体原理是：使用一种可以准确估计系统输出响应的模型来分析系统，然后根据其结果来设计控制系统，从而使系统具备一定的抗扰动性能。
接下来，我们来讨论低阶鲁棒解耦控制器的设计方案。
解耦控制器的基本原理是，通过分析控制的延迟以及控制系统内部状态，构建出一种可以降低或者消除抗扰动性能影响的特定闭环控制技术，进而实现更好的控制效果。
低阶鲁棒解耦控制器设计的具体步骤如下：首先，分析系统的特性，构建一个拥有某些特定系统参数的状态空间模型，然后采用低阶鲁棒控制算法来分析系统的动态行为。
之后，实施低阶鲁棒解耦控制算法，设计出一种可以有效抑制系统的抗扰动性的闭环控制策略，最后实现该设计。
总之，低阶鲁棒解耦控制器是一种有效的控制器设计方案，它综合使用低阶鲁棒技术以及解耦技术，在设计控制器时能够有效地降低传感器和执行器之间的耦合，使系统保持高可靠性。
控制力矩陀螺MIMO解耦控制实验
控制力矩陀螺MIMO解耦控制实验钱玉恒;王佳伟;杨亚非【摘要】在卫星、空间站等航天器中经常用控制力矩陀螺执行姿态控制,而控制力矩陀螺的强耦合性严重地影响了姿态控制效果,研究这种多输入多输出(MIMO)被控对象的解耦控制十分必要.针对Model 750控制力矩陀螺装置,分析动力学模型的耦合特征,探究多框架反作用力矩和陀螺力矩的相互作用,设计出适宜的解耦控制方法.耦合控制实验表明,在零平衡点处各变量间互扰耦合微弱,在非零平衡点处各变量耦合明显.其中,反作用力矩和陀螺力矩激励的双轴控制方法解耦效果较差,仅适合耦合微弱的状况.线性二次型调节器(LQR)最优控制方法的解耦实验取得了良好的控制性能指标,解耦效果显著.【期刊名称】《实验室研究与探索》【年(卷),期】2018(037)007【总页数】6页(P36-40,44)【关键词】力矩陀螺;耦合;双轴控制实验;解耦控制【作者】钱玉恒;王佳伟;杨亚非【作者单位】哈尔滨工业大学飞行器控制实验教学中心,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学飞行器控制实验教学中心,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学飞行器控制实验教学中心,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TP2710 引言随着航天科技高速发展，航天器种类愈加繁多，用途愈加广泛，精度与稳定性要求越来越高，要达到航天器高精度要求，姿态稳定性控制是基础。
航天器的姿态控制一般采用控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope，CMG)作为执行器[1-4]，如国际空间站应用的单框架力矩陀螺或双框架力矩陀螺，需要配置力矩陀螺构型，使多个陀螺可协同动作，进而实现姿态控制作用。
目前有近400个航天器采用CMG作为姿态控制系统的主要执行器，我国天宫一号和二号已使用CMG作为飞船执行机构[5-6]，与此同时，针对CMG的有关研究成果越来越多[7-10]。
美国ECP公司生产的Model 750型CMG是一种能够全面验证力矩陀螺特性的实验装置，已应用到众多世界知名大学，促进了对力矩陀螺的研究和教学。
系统解耦控制
实验二、 系统解耦控制一、实验目的1、 掌握解耦控制的基本原理和实现方法。
2、 学习利用模拟电路实现解耦控制及实验分析。
二、实验仪器1、 TDN —AC/ACS 型自动控制系统实验箱一台2、 示波器3、 万用表三、实验原理与内容一般多输入多输出系统的矩阵不是对角阵，每一个输入量将影响所有输出量，而每一个输出量同样受到所有输入量的影响，这种系统称为耦合系统。
系统中引入适当的校正环节使传递矩阵对角化，实现某一输出量仅受某一输入量的控制，这种控制方式为解耦控制，其相应的系统称为解耦系统。
解耦系统输入量与输出量的维数必相同，传递矩阵为对角阵且非奇异。
1、 串联控制器()c G s 实现解耦。
图2-1用串联控制器实现解耦耦合系统引入控制器后的闭环传递矩阵为1()[()()()]()()p c p c s I G s G s H s G s G s -Φ=+左乘[()()()]p c I G s G s H s +，整理得1()()()[()()]p c G s G s s I H s s -=Φ-Φ式中()s Φ为所希望的对角阵，阵中各元素与性能指标要求有关，在()H s 为对角阵的条件下，1[()()]I H s s --Φ仍为对角阵， 11()()()[()()]c p G s G s s I H s s --=Φ-Φ设计串联控制器()c G s 可使系统解耦。
2、 用前馈补偿器实现解耦。
解耦系统如图2-2，图2-2 用前馈控制器实现解耦解耦控制器的作用是对输入进行适当变换实现解耦。
解耦系统的闭环传递函数1()[()]()()p p d s I G s G s G s -Φ=+式中()s Φ为所希望的闭环对角阵，经变换得前馈控制器传递矩阵1()()[()]()d p p G s G s I G s s -=+Φ3、 实验题目双输入双输出单位反馈耦合系统结构图如图。
图2-3 系统结构图设计解耦控制器对原系统进行解耦，使系统的闭环传递矩阵为10(1)()10(51)s s s ⎡⎤⎢⎥+⎢⎥Φ=⎢⎥⎢⎥+⎣⎦通过原系统输出量（1,2y y ）与偏差量（1,2e e ）之间的关系112210()()21()()111Y s E s s Y s E s s ⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎡⎤+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎢⎥+⎣⎦得到原系统开环传递矩阵 ()p G s1021()111p s G s s ⎡⎤⎢⎥+=⎢⎥⎢⎥⎢⎥+⎣⎦由输出量（1,2y y ）输入量（1,2u u ）个分量之间的关系为112210()()2(1)()()2112(2)2Y s U s s Y s U s s s s ⎡⎤⎢⎥+⎡⎤⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥+⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎢⎥++⎣⎦ 原系统闭环传递矩阵'102(1)()2112(2)2s s s s s ⎡⎤⎢⎥+⎢⎥Φ=+⎢⎥⎢⎥++⎣⎦1）设计的串联控制器为：由于()H s I = 11()()()[()]c p G s G s s I s --=Φ-Φ1111000(1)(1)211151001(51)(51)s s s s s s s s --⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥+++⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥+++⎣⎦⎣⎦⎣⎦210(21)(1)15s s s s s s s +⎡⎤⎢⎥=⎢⎥+++⎢⎥-⎢⎥⎣⎦反馈控制器实现系统解耦的结构图图2-4用串联控制器实现解耦的系统结构图2）设计的前馈控制器为：'11()()[()]()()()d p p G s G s I G s s S s --=+Φ=ΦΦ 带入参数得：202(21)51s s s ⎡⎤⎢⎥+⎢⎥-+⎢⎥+⎣⎦前馈控制器实现系统解耦的结构图图2-5用前馈控制器实现解耦的系统结构图四、实验步骤1、 根据实验题目采用串联控制器或前馈控制器，在实验板上设计解耦系统的模拟实验线路并搭接实验电路。
解耦控制仿真实验(最全版)PTT文档
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)
解耦控制实验报告
解耦控制实验报告
实验目的：探究解耦控制在自动控制中的应用，并通过实验验证解耦
控制的有效性。
实验原理：
解耦控制是指将系统的输入与输出之间的耦合关系消除，使得系统能
够更加稳定地工作。
所谓输入与输出之间的耦合关系，即指系统在输入信
号作用下，输出信号会受到输入信号的一些干扰或影响。
解耦控制通过分
别对系统的输入和输出进行调节，达到解耦的效果。
在实际应用中，解耦控制可以提高系统的稳定性、可控性和响应速度，减小系统对干扰的敏感性，并且可以避免系统产生不可预测的输出。
实验设备和材料：
1.电脑
2. MatLab软件
3.控制系统实验中常用的电路组件（如电阻、电容等）
实验步骤：
1. 在MatLab中搭建解耦控制系统的数学模型。
2.根据系统模型，设计合适的控制器。
3.将控制器与系统连接起来，进行实验。
4.分别对比解耦控制和未解耦控制的结果并进行分析。
实验结果与分析：
在实验中，我们选择了一个典型的控制系统模型进行解耦控制实验。
实验结果显示，在解耦控制的情况下，系统的输出比未解耦控制的情况下更加稳定，且对干扰信号的响应更加迅速。
这说明解耦控制可以有效地降低系统的耦合性，提高系统的控制性能。
实验总结：
通过本次实验，我们深入了解了解耦控制在自动控制中的应用，并验证了解耦控制的有效性。
在实际应用中，解耦控制可以提高系统的稳定性和可控性，减小系统的不确定性和干扰影响，从而使系统能够更加稳定地工作。
因此，解耦控制在自动控制中具有广泛的应用前景。
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解耦控制实验
背景描述
1、实验过程描述
流股Cold和Hot进入储气罐，通过控制两路流股的流量来控制储气罐的压力和温度，具体的流程见附录。
1、控制变量
储气罐的压力控制，设定压力为：400kpa；
储气罐的温度控制，设定温度为：70degc。
2、操作变量
流股Cold的流量；
流股Hot的流量。
3、解耦目标
解耦的目标是通过前馈补偿来减少被控变量之间的耦合关系。
4、控制方案
本实验对象是一个典型的2*2解耦对象，那么设计到解耦配对的选择问题，可能的方案有两种，如下：
方案一：
通过流股Cold来控制储气罐的温度；
通过流股Hot来控制储气罐的压力。
方案二：
通过流股Cold来控制储气罐的压力；
通过流股Hot来控制储气罐的温度。
实验目的
1、根据仿真模型，了解双输入输出系统及其变量之间的相互耦合与影响；
2、掌握解耦控制的基本原理与解耦控制其的设计方法。
实验内容
1、根据流程模拟模型，辨识系统的过程模型对象的相对增益；
2、根据相对增益阵来分析系统中变量匹配和调整参数设定；
3、采用前馈补偿法构成解耦控制方案，设计补偿器的数学模型，并在UniSimDesign仿真平
台上实现。
实验步骤
1、辨识系统模型。
1)载入仿真文件，设定初始输入输出，建立系统初稳态。
初始值如下：
Cold输入：34.204kg/h（50%）
Hot输入：95.018kg/h（50%）
温度：772.60℃
压力：423.8kPa
2)求输出相对于Cold输入的传递函数：
将FIC-100的输入增加10%，阶跃至40.460kg/h（60%），得到响应曲线如下图。
稳态下，温度为68.3℃，压力为389.2kPa。
根据两点法求一阶惯性系统模型公式，求得K=-0.642℃·h/kg，T=22.050min
所以
G11(s)=
−0.642 22.050s+1
同样的方法求压力相对于流股Cold的传递函数，得K=0.774Pa·h/kg，T=12.834min 所以
G21(s)=
0.774 12.834s+1
3)求输出相对Hot输入的传递函数
将FIC-100的输入重新置为50%，稳定后将FIC-101的输入提升10%，阶跃至105.37kg/h（60%），得到响应曲线如下图。
稳态下，温度为73.1℃，压力为416.8kPa。
用上述方法求传递函数：
G12(s)=
0.321 26.142s+1
G22(s)=
1.093 6.192s+1
2、设计补偿器的数学模型，并在UniSimDesign仿真平台上实现。
1)计算解耦控制补偿传递函数。
解耦原理如下：
所以
D21=−K21g21
K22g22
=
1.206(2
2.05s+1)
12.85s+1
D12=−K12g21
K11g11
=
0.294(6.19s+1)
26.14s+1
2)对解耦效果进行仿真分析。
将解耦控制补偿传递函数计算结果输入UniSimDesign中。
先将Cold的输入值阶跃上升，流股Hot的输入值不变，输出如下图所示：
可见，储气罐的压强几乎没有变化，而储气罐的温度有了上升。
再给Hot的输入值阶跃上升，流股Cold的输入值不变，输出如下图所示：
可以看出，储气罐的温度几乎没有变化，而储气罐的压强上升。
从而验证了解耦效果较为明显。
收获心得
通过这次实验，我深入的了解了双输入输出系统及其变量之间的相互耦合与影响，掌握了解耦控制的基本原理与解耦控制其的设计方法。
由于对软件不是很熟悉，实验过程中出现了很多问题，感谢助教的悉心指导。