CN1275110C - 化工多变量生产过程的解耦控制系统 - Google Patents

Abstract

一种化工多变量生产过程的解耦控制系统，由n×n维解耦控制器矩阵和多路信号混合器组成，其中n是被控多变量过程的输出维数。利用系统设定点的n维给定值输入信号与实际被控过程的n维输出测量信号之间的偏差信号作为系统输出响应的反馈调节信息，经解耦控制器矩阵运算处理后，将n维控制输出信号发送给被控过程的n维输入调节装置，从而实现渐近跟踪系统给定值输入信号以及抑制负载干扰信号的目的。本发明的控制系统能够保持良好的鲁棒稳定性，可以在较大范围内适应实际被控过程的建模误差以及过程参数摄动。

Description

化工多变量生产过程的解耦控制系统

技术领域

本发明涉及一种化工多变量生产过程的解耦控制系统，是针对化工n×n维多输入多输出生产过程，以最优控制理论和鲁棒内模控制理论为基础，提出的一种新颖的解耦控制系统，属于工业过程控制技术领域。

背景技术

化工生产中普遍存在着多输入多输出过程。由于各个控制通道之间存在耦合作用，使得大多数已发展的单变量控制方法很难用于多输入多输出过程，尤其是对于含有明显时滞的过程，系统输出之间的耦合作用非常突出，会严重地恶化系统输出响应性能。因此，如何实施解耦控制和调节是目前的研究和应用难题。

目前化工实践中，通常采用静态解耦器来减轻多变量控制系统的各路输出之间的耦合作用，即首先在被控过程的多路输入端处设置一个常数矩阵解耦器，其传递矩阵形式为被控过程的稳态增益传递矩阵的逆阵，然后对由此增广得到的被控过程传递矩阵利用已发展成熟的单变量控制设计方法来构造和整定控制系统。它的主要缺点是没有考虑控制系统动态响应阶段的耦合效应，使得各路系统输出的动态耦合仍然严重，从而导致控制质量不高。另一种在实践中较多采用的控制系统是多环控制系统(亦称分散控制系统)，即针对被控过程所要求配对的各个输入和输出设计控制闭环，通过调节每个控制闭环中的单一控制器，实现对各被控过程输出的调节和控制。这种控制系统的优点是控制操作简便，经济成本低廉，各个控制闭环的独立性强，但其主要缺点是没有从根本上解决各个系统输出之间的耦合作用，一般是通过在各个控制闭环的控制器中设置解调因子来实现在各个系统输出响应性能与相互解耦响应水平之间折衷，由此使得控制系统的调节水平较低，控制质量不高。有些学者提出采用被控过程传递函数矩阵的逆阵做为动态解耦器，将其设置在被控过程的多路输入端处，然后针对由此增广得到的对角化过程传递函数矩阵，按照已发展的多环控制系统的设计方法来构造实现控制系统，虽然能够取得明显改善的控制效果，但应用的局限性很大，不便于推广使用，例如不能用于被控过程传递函数矩阵的逆阵是不稳定的情况，然而这种情况在化工实践中是大量存在的。近期国际著名的Wang Q.-G.教授在文献《Non-interactingcontrol design for multivariable industrial processes》(多变量工业过程的无交联控制设计，发表在控制学科的国际权威刊物Journal of Process Control，2003，13，253-265.)中通过提出期望的单位反馈控制闭环传递函数矩阵来反向确定最优控制器矩阵，然后应用最小二乘法拟和最优控制器矩阵，从而求得线性逼近的控制器矩阵，简称Wang方法，它相对于已有的其它方法取得了最好的控制效果，但是控制器矩阵设计采用的是数值化方法，所需要的数据运算量相当大，不便于实际推广应用和在线调节。

发明内容

本发明的目的是针对化工多输入多输出过程给出一种新颖的解耦控制系统，能够实现标称系统输出响应的几乎甚至完全解耦，实现系统输出响应之间的相互独立调节，从根本上解决常规多输入多输出控制系统中存在的输出响应之间严重耦合的弊端，并且可以广泛地应用于各种不同的多输入多输出过程。

本发明给出的控制系统基于多变量输出单位反馈控制结构，利用实际过程的输出测量信号与系统设定点的给定值之间的偏差信号作为系统输出响应的调节信息，送入解耦控制器矩阵的输入端，经解耦控制器矩阵运算处理后，将控制输出信号发送给被控过程的输入调节装置，从而实现渐近跟踪系统给定值输入信号以及抑制负载干扰信号的目的。

本发明的解耦控制系统由以下两部分组成：n×n维解耦控制器矩阵和多路信号混合器。其中n是被控多变量过程的输出维数，解耦控制器矩阵的每列控制器中至少有一个控制器是由一个有理线性控制器串接一个控制闭环组成，其余的控制器均分别由一个有理线性控制器串接一个控制闭环和一个时滞补偿器组成。多路信号混合器设置在解耦控制器矩阵的输入端处，它有一组n维正极性输入端，一组n维负极性输入端和一组n维输出端，它的一组正极性输入端连接系统给定值输入信号，它的一组负极性输入端连接系统输出的测量信号，其一组输出端连接解耦控制器矩阵的输入端。

解耦控制器矩阵的功能是对系统设定点的给定值输入信号与实际被控过程的输出测量信号之间的偏差信号进行处理和运算，提供被控过程工作所需要的n维输入能量，从而使被控过程的n维输出达到给定值的要求，同时，调节被控过程的n维输入量大小，达到消除负载干扰信号影响过程输出的目的。多路信号混合器的功能是将两组n维输入信号按照输入通道顺序混合为一组n维输出信号。

实际运行本发明的解耦控制系统时，首先将控制系统的n维多路给定值输入信号分别按照工作要求依次送入多路信号混合器，经多路信号混合器处理后产生n维偏差控制信号，然后将其送入n×n维解耦控制器矩阵，由解耦控制器矩阵进行运算处理和放大，提供被控n×n维多输入多输出过程工作所需要的n维多路输入能量，从而使n维多路控制系统输出分别达到n维给定值输入信号的要求。当有负载干扰信号混入被控过程时，引起n维系统输出发生变化，从而使得n维偏差控制信号不为零，由其调节解耦控制器矩阵的n维输入量大小，产生相应变化的n维控制输出量加入到被控过程的n维多路输入端，因而能够抵消和平衡由负载干扰信号引起的系统输出变化和波动，达到渐近消除系统输出偏差的目的。

需要说明，解耦控制器矩阵中的每个控制器均为单参数整定，而且每列控制器均由相同的可调参数λ_i(i＝1，2，n.)整定，对应的第i维系统输出响应y_i(i＝1，2，n.)可以由λ_i单调地定量整定，

本发明提出的解耦控制系统的突出优点是：1.能够实现标称系统输出响应之间的几乎甚至完全解耦，从而克服了常规的多变量控制系统的输出响应之间耦合严重的弊端；2.能够分别定量地调节各系统输出的给定值响应，从而使控制系统的时域响应指标可以定量整定和估计；3.解耦控制器矩阵是基于鲁棒H₂最优性能指标设计的，所以本发明给出的解耦控制系统能够使控制系统性能指标实现最优化；4.解耦控制器矩阵中的每个控制器均为单参数整定，而且每列控制器均由相同的调节参数整定，可以在线单调地定量调节；5.本发明给出的解耦控制系统是基于鲁棒控制原理设计的，所以控制系统能够保证良好的鲁棒稳定性，对于过程参数发生变化不敏感，可以在较大范围内适应被控过程建模误差以及过程参数摄动。

因此本发明给出的解耦控制系统具有显著的优越性和实用性，能够在实际工业应用中表现出先进的控制效果。

附图说明

图1为本发明的解耦控制系统的方框原理图。图1中，C是指n×n维解耦控制器矩阵，G是指n×n维被控多输入多输出过程的传递函数矩阵，即

$C=\left[\begin{array}{ccc}{c}_{11}& \·\·\·& c_{1n}\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ c_{n1}& \·\·\·& c_{\mathrm{nn}}\end{array}\right],G=\left[\begin{array}{ccc}{g}_{11}& \·\·\·& g_{1n}\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ g_{n1}& \·\·\·& g_{\mathrm{nn}}\end{array}\right]$

r表示n维系统给定值输入，y表示n维系统输出，u是n维解耦控制器矩阵C的输出。e是实际被控过程的n维输出测量信号与系统的n维给定值输入信号之间的偏差信号。

图2为本发明中的解耦控制器矩阵C里每个控制器的闭环控制单元的执行结构。图2中，In表示控制输入，Out表示控制输出，h_i为第i维系统输出的期望响应形式，i＝1，2，…，n。

图3为针对一个化工实施例，本发明(粗实线)和Wang方法(粗点线)给出的解耦控制系统的输出响应曲线。其中，图3(a)示出了第1维过程输出响应曲线，图3(b)示出了第2维过程输出响应曲线，图3(c)示出了第3维过程输出响应曲线。

图4为本发明实施例中在过程参数发生摄动的情况下，本发明(粗实线)和Wang方法(粗点线)给出的解耦控制系统的输出响应曲线。其中，图4(a)示出了第1维过程输出响应曲线，图4(b)示出了第2维过程输出响应曲线，图4(c)示出了第3维过程输出响应曲线。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的解耦控制系统作进一步说明。

如图1所示的本发明的解耦控制系统由以下两部分组成：n×n维解耦控制器矩阵C和多路信号混合器(图中的圆圈节点)。其中n是被控多变量过程的输出维数，解耦控制器矩阵C的每列控制器中至少有一个控制器是由一个有理线性控制器串接一个控制闭环组成，其余的控制器均分别由一个有理线性控制器串接一个控制闭环和一个时滞补偿器组成。多路信号混合器设置在解耦控制器矩阵C的输入端处，它有一组n维正极性输入端，一组n维负极性输入端和一组n维输出端，它的一组正极性输入端连接n维系统给定值输入信号r，它的一组负极性输入端连接n维系统输出y的测量信号，其一组输出端连接解耦控制器矩阵C的n维输入端。

实际运行如图1所示的解耦控制系统时，首先将控制系统的n维多路给定值输入信号r分别按照工作要求依次送入多路信号混合器，经多路信号混合器处理后产生n维偏差控制信号e，然后将其送入n×n维解耦控制器矩阵C，由解耦控制器矩阵C进行运算处理和放大，提供被控n×n维多输入多输出过程G工作所需要的n维多路输入能量u，从而使n维多路控制系统输出y分别达到n维给定值输入信号r的要求。当有负载干扰信号混入被控过程G时，引起n维系统输出y发生变化，从而使得n维偏差控制信号e不为零，由其调节解耦控制器矩阵C的n维输入量大小，产生相应变化的n维控制输出量加入到被控过程的n维多路输入端，因而能够抵消和平衡由负载干扰信号引起的系统输出变化和波动，达到渐近消除系统输出偏差的目的。

一般情况下，化工n×n维多输入多输出过程辨识所得的数学形式可以用频域的传递函数矩阵描述为

$G\left(s\right)=\left[\begin{array}{ccc}{g}_{11}\left(s\right)& \·\·\·& g_{1n}\left(s\right)\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ \·& \·& \·\\ g_{n1}\left(s\right)& \·\·\·& g_{\mathrm{nn}}\left(s\right)\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中 $g_{\mathrm{ij}}\left(s\right)=g_{0\mathrm{ij}}\left(s\right)e^{-{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}}s}$ 为连接第i维过程输入和第j维过程输出的传递函数，g_0ij(s)是g_ij(s)的无时滞有理部分，θ_ij是纯滞后时间，i，j＝1，2，n.。

下面给出本发明的解耦控制系统中的解耦控制器矩阵C的设计公式：

记G^ij为对应于G中g_ij的代数余子式，G的行列式为det(G)，并且令

$p_{\mathrm{ij}}=\frac{G^{\mathrm{ij}}}{\det \left(G\right)}=p_{\mathrm{oij}}{e}^{L_{\mathrm{ij}}s}$

其中p_oij的分子和分母中均至少有一项不含有时滞因子。显然G^-1＝[p_ij]。定义p_oij的逆相对阶次为n_ij，也即它为最大的一个正整数，使得

$\underset{s\→\∞}{\lim }\frac{s^{n_{\mathrm{ij}}-1}}{p_{\mathrm{oij}}}=0$

取

               N_i＝max{n_ij；j＝1，2，...，n}；i＝1，2，…，n       (2)

               θ_i＝max{L_ij；j＝1，2，...，n}；i＝1，2，…，n      (3)

记解耦控制器矩阵C＝[c_ij]，i，j＝1，2，…，n，于是得到

$C_{\mathrm{ji}}=\frac{{\mathrm{De}}^{-({\mathrm{\θ}}_i-L_{\mathrm{ij}})s}}{{({\mathrm{\λ}}_{i}s+1)}^{N_i}\underset{k=1}{\overset{l}{\mathrm{\Π}}}(1+z_{k}s)}\·\frac{1}{1-h_i},i,j=\mathrm{1,2},\·\·\·,n---\left(4\right)$

其中，λ_i为第i列控制器的共同调节参数，h_i为第i维系统输出的期望响应形式，即

$h_i=\frac{e^{-{\mathrm{\θ}}_{i}s}}{{({\mathrm{\λ}}_{i}s+1)}^{N_i}}\underset{k=1}{\overset{l}{\mathrm{\Π}}}\frac{1-z_{k}s}{1+z_{k}s},i=\mathrm{1,2},\·\·\·n---\left(5\right)$

上式中z_k(k＝1，2，…，l)为被控过程G的行列式在复右半平面的零点，l是这些零点的个数。需要说明，式(4)中的第二部分可以视为一个相对阶次为零的特殊积分器，用于消除系统输出的稳态偏差，因而可以采用如图2所示的闭环控制单元实现。

此外，式(4)中的D项为

$D=p_{\mathrm{oij}}\underset{k=1}{\overset{l}{\mathrm{\Π}}}(1-z_{k}s)---\left(6\right)$

它因分子和分母中均以复杂的形式含有时滞项而很难实际构造实现，故采用如下的有理线性Pade逼近公式实现

$D_{\mathrm{Pade}}=\frac{\underset{k=0}{\overset{U}{\mathrm{\Σ}}}{a}_k{s}^k}{\underset{k=0}{\overset{V}{\mathrm{\Σ}}}{b}_k{s}^k}---\left(7\right)$

其中，U和V为实际指定的能够满足工作性能指标的控制器阶次，为了最大程度地实现有理正则的逼近，可取U-V＝N_i+l，多项式系数a_k和b_k由下面的两个矩阵求解得到

其中，d_k是式(6)的数学Taylor(泰勒)展开级数的各项系数，即

$d_k=\frac{1}{k!}\underset{s\→0}{\lim }\frac{d^{k}D}{d{s}^k},k=\mathrm{0,1},\·\·\·,U+V---\left(10\right)$

b₀取为

$b_0=\left\{\begin{array}{cc}1& b_k\&GreaterEqual;0\\ -1& b_k<0\end{array}\right.---\left(11\right)$

需要说明，由于det(P)不含有复右半平面的极点，因此其复右半平面的零点数可以通过判断其Nyquist(奈氏)曲线包围原点的圈数确定，二者是相等的。若det(P)含有无穷多个复右半平面的零点，则建议采用那些主导零点来设计式(5)示出的期望闭环系统响应传函矩阵形式，根据频域控制理论可知，非主导零极点对系统特征方程的性能影响很小。所以在实际设计期望系统响应传函矩阵形式时，可以在简化控制器的设计公式和相对牺牲一些可达到的系统控制性能之间做折衷。至于det(P)的复右半平面零点的具体位置分布，可以直接通过对其采用数学算法公式或软件包进行求解来确定。另外，式(11)给出b₀的选取规则是为了避免由式(7)得到的逼近公式含有复右半平面的极点，由Routh-Hurwitz(劳斯-霍尔维茨)稳定判据可知，这样选取可以确保取V≤2时逼近公式的稳定性，但也不能完全保证取V≥3时的稳定性，因此采用高阶逼近公式时，需要采用Routh-Hurwitz(劳斯-霍尔维茨)稳定判据检验其稳定性，从而选用可稳定实现的高阶逼近公式。实际中为了简便起见，推荐首先选用低阶逼近公式，然后在逼近精度和可达到的解耦控制性能指标之间权衡。

需要说明，上面给出的解耦控制器矩阵设计公式如今可以比较方便地在工控机和单片机等上数字离散化实现，计算步长一般可取在0.01-0.1秒之间。

解耦控制器矩阵C的可调参数λ_i(i＝1，2，…，n)的整定规则：可以分别初始整定在(5-10)θ_i(i＝1，2，…，n)范围内。结合期望闭环系统响应传函矩阵形式(5)可知，调小整定参数λ_i可以加快对应的第i维系统输出响应的速度，提高控制系统的标称性能，但是相应所需的第i列控制器的输出能量要增大，并且它们对应的执行机构所需要提供的能量也要增大，会倾向于超出它们的容量范围，此外，在面临被控过程的未建模动态特性时，易于表现出过激行为，不利于控制系统的鲁棒稳定性；相反，增大整定参数λ_i会使对应的第i维系统输出响应变缓，但是所要求的第i列控制器的输出能量减小，并且对应的执行机构所需要的能量也减小，从而有利于提高控制系统的鲁棒稳定性。因此实际整定解耦控制器矩阵C的可调参数λ_i(i＝1，2，…，n)时，应在系统输出响应标称性能与每列控制器及其执行机构的输出容量之间权衡。

通常情况下，为了适应被控过程的未建模动态特性，可以通过分别单调地增大解耦控制器矩阵C的可调参数λ_i(i＝1，2，…，n)来增强控制系统的鲁棒稳定性，代价是系统的标称响应性能有所降低。如果这样做仍不能达到符合工作要求的鲁棒性能，说明被控过程辨识模型与实际过程偏差太远，需要重新进行过程辨识，从而减小被控过程的未建模动态来达到更好的控制效果。

例如对于化工3×3维输入和输出的蒸馏塔过程

$G=\left[\begin{array}{ccc}\frac{{1.986e}^{-0.71s}}{66.7s+1}& \frac{-5.24e^{-60s}}{400s+1}& \frac{{-5.984e}^{-2.24s}}{14.29s+1}\\ \frac{{-0.0204e}^{-0.59s}}{{(7.14s+1)}^2}& \frac{{0.33e}^{-0.68s}}{{(2.38s+1)}^2}& \frac{{-2.38e}^{-0.42s}}{{(1.43s+1)}^2}\\ \frac{{-0.374e}^{-7.75s}}{22.22s+1}& \frac{{11.3e}^{-3.79s}}{{(21.74s+1)}^2}& \frac{{9.811e}^{-1.59s}}{11.36s+1}\end{array}\right]$

应用本发明给出的解耦控制系统，首先按照附图1所示的结构框图构造控制系统；然后进行解耦控制器矩阵C的设计和整定：

可以验证，该被控过程的传递函数矩阵没有复右半平面的零点。利用前面式(2)-(3)可以求得θ₁＝0.8，θ₂＝0.68，θ₃＝1.85和N₁＝N₃＝1，N₂＝2。因此，应用设计公式(5)提出如下形式的期望闭环系统响应的对角元传递函数

$h_1=\frac{e^{-0.8s}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{1}s+1},h_2=\frac{e^{-0.68s}}{{({\mathrm{\&lambda;}}_{2}s+1)}^2},h_3=\frac{e^{-1.85s}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{3}s+1}$

然后应用设计公式(4)-(11)可以求解得出解耦控制器矩阵C。这里为了便于同最近Wang方法的解耦控制系统对比，取与之相似的控制器阶次进行比较，从而得到

$C_{11}=D_1\&CenterDot;\frac{{14543s}^2+256.3578s+0.5502}{(438.7353s+1)({\mathrm{\&lambda;}}_{1}s+1)}{e}^{-0.09s}$

$C_{21}=D_1\&CenterDot;\frac{{12391s}^3+{746.2116s}^2+9.7508s+0.0199}{({3940.3s}^2+447.8424s+1)({\mathrm{\&lambda;}}_{1}s+1)}$

$C_{31}=D_1\&CenterDot;\frac{{1736.5s}^3-{21.7287s}^2-0.8474s-0.002}{({4815.4s}^2+449.8302s+1)({\mathrm{\&lambda;}}_{1}s+1)}{e}^{-2.2s}$

1.5259×10¹⁶s⁵-2.7718×10¹⁵s⁴

$C_{12}=D_2\&CenterDot;\frac{-8.0267\&times;{10}^{14}{s}^3-1.1808\&times;{10}^{13}{s}^2-6.6809\&times;{10}^{9}s-0.296}{(1.647\&times;{10}^{14}{s}^3+1.0282\&times;{10}^{13}{s}^2+2.2574\&times;{10}^{10}s+1){({\mathrm{\&lambda;}}_{2}s+1)}^2}{e}^{-3.73s}$

-1.304×10¹⁹s⁶+9.1916×10¹⁸s⁵+1.8596×10¹⁸s⁴

$C_{22}=D_2\&CenterDot;\frac{+1.2761\&times;{10}^{17}{s}^3+3.1092{\&times;10}^{15}{s}^2+7.004\&times;{10}^{12}s+0.3149}{(1.8767\&times;{10}^{17}{s}^4+1.512{\&times;10}^{17}{s}^3+1.0105{\&times;10}^{16}{s}^2+2.2242{\&times;10}^{13}s+1){({\mathrm{\&lambda;}}_{2}s+1)}^2}$

8.5062×10¹³s⁵-2.1326×10¹³s⁴

$C_{32}=D_2\&CenterDot;\frac{-9.5767\&times;{10}^{12}{s}^3-4.8285\&times;{10}^{11}{s}^2-1.0587{\&times;10}^{19}s-0.374}{(2.4145{\&times;10}^{13}{s}^3+1.2974\&times;{10}^{12}{s}^2+2.831\&times;{10}^{9}s+1){({\mathrm{\&lambda;}}_{2}s+1)}^2}{e}^{-2.2s}$

$C_{13}=D_3\&CenterDot;\frac{{6906500s}^5+{965980s}^4+{55910s}^3+{1856.8s}^2+35.7703s+0.2638}{({463080s}^4+{107500s}^3+{11096s}^2+463.5888s+1)({\mathrm{\&lambda;}}_{3}s+1)}{e}^{-1.79s}$

$C_{23}=D_3\&CenterDot;\frac{{16790s}^3+{1582.9s}^2+39.2646s+0.0885}{({511.4853s}^2+440.0233s+1)({\mathrm{\&lambda;}}_{3}s+1)}$

$C_{33}=D_3\&CenterDot;\frac{{2195s}^3+{212.3057s}^2+5.2157s+0.01}{({1319.1s}^2+441.8636s+1)({\mathrm{\&lambda;}}_{3}s+1)}{e}^{-0.26s}$

其中

$D_1=\frac{1}{1-\frac{e^{-0.8s}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{1}s+1}},D_2=\frac{1}{1-\frac{e^{-0.68s}}{{({\mathrm{\&lambda;}}_{2}s+1)}^2}},D_3=\frac{1}{1-\frac{e^{-1.85s}}{{\mathrm{\&lambda;}}_{3}s+1}}$

它们可以用如图2所示的闭环控制单元实现。分别整定可调参数λ₁＝15，λ₂＝12，λ₃＝18。如此初始设置控制器参数λ₁和λ₂的值是为了使得系统输出响应的上升时间与Wang方法的解耦控制系统的相同，以便比较。

需要说明，上面给出的解耦控制器矩阵可以比较方便地在工控机和单片机等上离散化实现，采样控制步长可取在0.01-0.1秒之间。

仿真实验时，通过分别在t＝0，200，400秒加入三路单位阶跃给定值输入信号，并且在t＝600秒时加入幅值为0.1的阶跃负载干扰信号到三路被控过程输入端，被控过程输出的计算机仿真结果如图3所示。

由图3可以看到，本发明给出的解耦控制系统(粗实线)实现了标称系统的输出响应之间的近乎完全解耦。同时可以看到，三路系统输出的给定值响应均没有超调，负载干扰信号的抑制性能明显优于Wang方法的解耦控制系统(粗点线)。

现在假设实际被控过程G的传递函数矩阵中所有的纯滞后时间常数均比其辨识模型的增大了40％，在这种严重的参数摄动情况下进行如上所述仿真实验，摄动过程输出响应的计算机仿真结果如图4所示。

由图4可以看到，本发明给出的解耦控制系统(粗实线)能够良好地保证系统的给定值响应和负载干扰响应的鲁棒稳定性，并且显著优于Wang方法的解耦控制系统(粗点线)。

以上阐述的是本发明给出的解耦控制系统应用于一个化工实施例所表现出的优越控制效果。需要指出，本发明不只限于上述实施例，由于本发明针对化工过程中的一般多输入多输出过程的传递函数矩阵模型设计解耦控制器矩阵，所以得出的解析设计公式可以适用于不同的化工多输入多输出生产过程。本发明的解耦控制系统可广泛应用于石化、冶金、医药、建材和纺织等行业的多输入多输出生产过程。

Claims (1)

1、一种化工多变量生产过程的解耦控制系统，其特征在于由n×n维解耦控制器矩阵C和多路信号混合器组成，其中n是被控多变量过程的输出维数，解耦控制器矩阵C的每列控制器中至少有一个控制器是由一个有理线性控制器串接一个控制闭环组成，其余的控制器均分别由一个有理线性控制器串接一个控制闭环和一个时滞补偿器组成，多路信号混合器设置在解耦控制器矩阵C的输入端处，它有一组n维正极性输入端，一组n维负极性输入端和一组n维输出端，它的一组正极性输入端连接n维系统给定值输入信号r，它的一组负极性输入端连接n维系统输出y的测量信号，其一组输出端连接解耦控制器矩阵C的n维输入端；所述解耦控制器矩阵C是基于鲁棒H₂最优性能指标设计的，其中的每个控制器均为单参数整定，而且每列控制器均由相同的调节参数λ_i(i＝1，2，n.)整定，可以在线单调地定量调节，从而使得对应的第i维系统输出y_i(i＝1，2，n.)的时域响应指标可以由λ_i单调地定量整定。

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