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 学号 27 姓名 李忠坪 指导教师 王淑钦 课程名称 实验名称 实验地点 综合性设计型实验 解耦控制系统仿真研究 实验类型 设计性 实验时间 实验内容：（简述） 1、针对确定的双输入双输出控制对象模型，进行多变量控制系统耦合程度分析，计算相对增益，确定变量配对。 2、设计解耦控制器。 3、利用MATLAB simulink软件进行对象仿真研究，包括建立仿真框图和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线。 4、针对以上仿真结果进行比较分析，理解解耦控制器设计的意义和过程。 5、利用MATLAB simulink软件进行控制系统仿真研究，包括建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线。 实验目的与要求： 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。
设计思路：（设计原理、设计方案及流程等） 1、查阅资料确定一双输入双输出控制对象模型，分析多变量控制系统的耦合程度分析，计算相对增益，确定变量配对。 2、设计解耦控制器。 3、利用MATLAB simulink软件进行对象仿真研究，包括建立仿真框图和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线。 A、先完成不存在耦合时的仿真框图建立并得出仿真结果。 B、完成系统耦合时的仿真框图建立并得出仿真结果。 C、进行解耦控制仿真框图的建立并得出仿真结果。 4、针对以上仿真结果进行比较分析，理解解耦控制器设计的意义和过程。 5、利用MATLAB simulink软件进行控制系统仿真研究，包括建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线。 A、针对单回路系统（无耦合）的系统进行控制系统仿真框图建立，得出仿真结果。 B、针对解耦之后的双输入双输出系统进行控制系统系统仿真框图建立，得出仿真结果。 C、对以上仿真结果进行分析。 关键技术分析： 1、耦合分析 采用相对增益法，先计算第一放大系数，再由第一放大系数直接计算第二放大系数，从而得到相对增益矩阵。 2、选用最佳的变量配对 选用适当的变量配对关系，也可以减少系统的耦合程度。 3、解耦设计 在耦合非常严重的情况下，最有效的方法是采用多变量系统的解耦设计。解耦控制设计的主要任务是解除控制回路或系统变量之间的耦合。
4、仿真研究 利用MATLAB simulink软件进行仿真研究，包括建立控制仿真框图建立和进行控制系统仿真，得出仿真结果曲线，并对曲线进行比较分析。 实验过程：（包括主要步骤、成果介绍、代码分析、实验分析等） 针对常见的精馏塔温度控制系统，描述系统输入输出的传递函数表示为： 0.5??11?Y1(s)??7s?13s?1??X1(s)?1?Y(s)????5 0.3??X(s)?-----○，其他参数不变，试利用对角阵解耦方法实现系统?2????2???13s?15s?1??的过程控制。 （1）求系统相对增益以及系统耦合分析 ?k11k12??110.5?1得系统静态放大系数矩阵为由式○?k k????5 0.3? ??2122???p11p12??k11k12??110.5? ?? ??? ? 即系统的第一放大系数矩阵为：P????p21p22??k21k22???50.3?系统的相对增益矩阵为：????0.570.43? 。 ??0.430.57? 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
解耦控制系统仿真
