Part II: Control System Design
Chapter 7 Control of Single-Input-Single-Output (SISO) Processes
Chapter 8 Two-Degree-of-Freedom (2DOF) Control of SISO Processes
先进控制技术研究所
8. 系统关联及解耦控制
工业生产过程中多变量输出以及各控制回路之间通 常存在着不同程度的耦合关联关系。强相关或负相关 的耦合关系会严重影响控制性能，甚至破坏闭环系统 的稳定性，因此应在控制系统设计中考虑解耦问题。
主要内容： 关联系统描述分析 相对增益阵Λ 系统耦合强度的削减方法 解耦控制设计
Chapter 9 Cascade Control System 先进控制介绍
Chapter 10 Multiloop Control of Multivariable Processes 解耦控制
Chapter 11 Decoupling Control of Multivariable Processes
P12(s)
G12(s)GC2(s) Q(s)
P21(s)
G21(s)
G12(s)
u2
G22(s)
Y1(s) Y2(s)
开环
Y(s) Y Y 1 2((s s)) G G 1 21 1((s s))
G 12(s)U 1(s) G 22(s) U 2(s)
闭环系统(Multiloop)： 由闭环回路有：
u1
Gc1(s)
G11(s) G21(s)
F1
F2
数学描述方式：对角阵
YyyH FGHF 01(s)
0 GБайду номын сангаасF2
u uF F12
b. 单向关联：控制回路间存在单向影响，具有独立 和非独立两类控制回路。
单向关联流程例图：
数学描述方式：三角阵
Q、T TC
设：液位控制回路为回路1；
LC
温度控制回路为回路2。
蒸汽(F1)
单向关联
F2
yyTLGTF01(s)
流程图：
数学描述方式：满阵
TC
冷却水(F1)
进料(F2)
yyC TG GTCFT1((ss))
G GC TF C2((ss))uuF F12
CC
连续搅拌反应器
关联关系： 反应器内温度变化影响出口浓度，需调节进料量保证出口浓
度要求。 进料量变化影响反应器内温度，需要调节冷却水流量保证反
应温度。 即：两控制回路中任意回路的动作将导致另一回路做相应调节。
其中：
B、D、F分别为支路和总管道的流量 X、Y、Z分别为支路和总管道中某组 分的含量
控制要求：
通过调节二支路的流量保证总管道中 的流量及成份的稳定
可选操作变量 流量B、流量D
D，Y B，X
（a）
FC F，Z
D，Y B，X
AC
（b） 物料混合控制方案
AC
F，Z FC
例2：蒸发过程
控制方案：
L
蒸气
Y1(s)
U1(s)GC1(s)R1Y1(s)
G12(s)
U2(s)GC2(s)R2Y2(s)
Gc2(s) u2
G22(s)
Y2(s)
闭环
代入开环描述式，消去U1和U2，得：
Y(s) Y Y 1 2((s s)) G G 1 21 1((s s))
G 12(s)U 1(s) G 22(s) U 2(s)
L
C
进料
出料
C
进料
出料
蒸发过程
（a）
控制要求：
控制出料浓度及塔内液位
L
可选操作变量： 加热蒸气量 出料量
C
进料
出料
（b）
提出问题：
蒸发过程控制方案
多被控变量与多操作变量系统的参数配合及控制回路构成
控制回路间耦合处理
8.1 关联系统描述分析
1) 关联分类 a. 无关联：各控制回路相互独立
HC
FC
G GLTFL2((ss))uuF F12
关联关系：
温度对液位控制无影响（入料温度变化对液位系统无影响，仅温度 控制回路动作）
液位对温度控制回路有影响（入料流量变化需要调节输出流量及调 节蒸气流量，同时，液位控制回路的动作将导致温度控制回路产生 相应动作）
c. 双向关联：各控制回路间均具有相互影响，不存在独立回路。 例：连续反应器内温度与产品质量控制
Chapter 12 Batch Process Control
Chapter 13 Concluding Remarks
Institute of Advanced Control Technology
4
例1：物料混合
D，Y F，Z
B，X 物料混合
数学描述：
F B D FZ BX DY
控制方案：
Y1(s)P11(s)R1(s)P12(s)R2(s) Y2(s)P21(s)R1(s)P22(s)R2(s)
Y1(s)P11(s)R1(s)P12(s)R2(s) Y2(s)P21(s)R1(s)P22(s)R2(s)
其中：
P11(s)
G11(s)GC1(s)GC1(s)GC2(s) G11(s)G22(s)G12(s)G21(s) Q(s)
2) 关联关系的方框图描述及分析 a. 方框图
开环：
u1
G11(s) G21(s) G12(s)
u2
G22(s)
开环
Y1(s) Y2(s)
闭环
u1
Gc1(s)
Gc2(s) u2
G11(s) G21(s) G12(s) G22(s)
闭环
Y1(s) Y2(s)
b. 传递函数矩阵 开环：
u1
G11(s)
Published by Springer in Jan 2019
Part I: Process Identification
Chapter 1 Introduction Chapter 2 Step Response Identification of Stable Processes Chapter 3 Step Response Identification of Integrating Processes Chapter 4 Relay Feedback Identification of Stable Processes Chapter 5 Relay Feedback Identification of Integrating Processes Chapter 6 Relay Feedback Identification of Unstable Processes