摘  要: 針對(duì)非線性、多變量、強(qiáng)耦合的電廠制粉系統(tǒng),運(yùn)用分組解耦方法,通過(guò)分組解耦網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算,分離出最大耦合度的支路,降低了系統(tǒng)之間的耦合,提高了系統(tǒng)的控制精度,。結(jié)合動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)算法仿真,結(jié)果表明基于分組解耦的控制算法明顯降低了控制系統(tǒng)的耦合度,使系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制效果,對(duì)進(jìn)一步應(yīng)用研究具有很好的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞: 分組解耦方法;耦合度;動(dòng)態(tài)矩陣控制

　耦合是生產(chǎn)過(guò)程中普遍存在的一種現(xiàn)象,。在多變量系統(tǒng)中,由于各變量之間的耦合作用,一個(gè)輸入量的改變通常會(huì)引起部分,、甚至所有輸出量的變化,降低了控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)。耦合嚴(yán)重時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法投入運(yùn)行,。
　近些年,隨著控制理論的不斷發(fā)展,越來(lái)越多的解耦理論應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)行的解耦控制方法,如特征結(jié)構(gòu)配置解耦、自校正解耦,、線性二次型解耦,、奇異攝動(dòng)解耦等[1-3],大都建立在精確的系統(tǒng)模型上,而且所設(shè)計(jì)的解耦控制器對(duì)模型的不確定性十分敏感,。然而實(shí)際應(yīng)用辨識(shí)得到的系統(tǒng)模型往往不準(zhǔn)確,模型參數(shù)在各種因素的影響下不斷發(fā)生攝動(dòng)。智能解耦方法,如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦,、模糊解耦,雖然在一類非線性系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)有一些研究成果,但是更多的解耦都帶有一種嘗試性,通常需要依靠大量仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)研究,。分組解耦是一種按需解耦的方法,是對(duì)傳統(tǒng)解耦方法的補(bǔ)充。本文運(yùn)用的分組解耦方法[4],從系統(tǒng)中具有最大耦合度的支路開始分離系統(tǒng),每分離一次,系統(tǒng)的總耦合度就會(huì)降低,達(dá)到解耦的目的,。
1 分組解耦方法
　對(duì)于一個(gè)強(qiáng)耦合的系統(tǒng),首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行耦合度分析,從具有最大耦合度的支路進(jìn)行分離系統(tǒng),將該支路從系統(tǒng)中剝離出來(lái),由此剩下的系統(tǒng)的耦合度就相對(duì)原系統(tǒng)的耦合度降低,而且時(shí)常是大幅降低,。或者說(shuō)每次分離系統(tǒng)的一個(gè)支路或分離系統(tǒng)的一組支路,系統(tǒng)總的耦合度就會(huì)降低,這就是弱化耦合度的方法,。
研究發(fā)現(xiàn),許多系統(tǒng)僅需要進(jìn)行一兩次耦合度分離,原先耦合度很高的系統(tǒng)就變成了弱耦合系統(tǒng),或者說(shuō)系統(tǒng)各支路之間的關(guān)聯(lián)影響變得不密切,也就達(dá)到本文對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行解耦的目的,。
假設(shè)一個(gè)n×n的耦合系統(tǒng),可以表示為:

　通過(guò)對(duì)降階前后模型的階躍響應(yīng)曲線進(jìn)行比較分析,仿真結(jié)果表明,降階后模型的動(dòng)態(tài)特性和降階前的動(dòng)態(tài)特性基本吻合,從而驗(yàn)證了降階前后,降階模型在時(shí)域范圍內(nèi),同原模型具有比較好的相似度,同時(shí)也驗(yàn)證了平衡實(shí)現(xiàn)的降階算法的正確性和可靠性。如圖1,、圖2所示,。

　這樣,原系統(tǒng)就被分離為兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),一個(gè)雙輸入雙輸出的系統(tǒng)和一個(gè)單輸入單輸出的系統(tǒng)。兩個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分別為:

　通過(guò)對(duì)解耦前系統(tǒng)各支路的階躍響應(yīng)和分組解耦后系統(tǒng)各支路的階躍響應(yīng)比較分析得到:解耦前,由于系統(tǒng)各支路耦合的存在,當(dāng)系統(tǒng)閉環(huán)時(shí),各支路之間的干涉導(dǎo)致系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài),呈現(xiàn)發(fā)散的調(diào)節(jié)過(guò)程;解耦后,系統(tǒng)各支路階躍響應(yīng)由不穩(wěn)定變?yōu)榉€(wěn)定,系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)偏差減小,各支路之間的耦合減小,。
　本文對(duì)制粉系統(tǒng)原模型以及分組解耦后的子系統(tǒng)運(yùn)用動(dòng)態(tài)矩陣控制算法(DMC)進(jìn)行控制,其控制效果如圖3和圖4所示,。

　由系統(tǒng)仿真結(jié)果分析得到:分組解耦前,系統(tǒng)存在嚴(yán)重耦合;分組解耦后,(ΔP,Fc)支路從系統(tǒng)中分離出來(lái),通過(guò)DMC控制曲線可知,系統(tǒng)耦合減弱,達(dá)到控制效果。
　本文運(yùn)用分組解耦方法,在鋼球磨中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)加入解耦網(wǎng)絡(luò)之后,將(ΔP,Fc)支路分離出來(lái)后,變成一個(gè)獨(dú)立的低階子系統(tǒng),使得系統(tǒng)的耦合度大大降低,近似地將3×3的強(qiáng)耦合系統(tǒng)簡(jiǎn)化為雙輸入雙輸出系統(tǒng),降低系統(tǒng)耦合度,。運(yùn)用動(dòng)態(tài)矩陣控制算法仿真分析,分組后的系統(tǒng)和原系統(tǒng)具有很好的相似度,保持了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,系統(tǒng)耦合降低,達(dá)到解耦目的,。
參考文獻(xiàn)
[1] 薛美盛,樊弟,魏衡華.多變量系統(tǒng)的廣義預(yù)測(cè)控制解耦設(shè)計(jì)[J].控制工程,2011,18(1):39-42.
[2] 桑保華,薛曉中.多變量解耦控制方法[J].火力與指揮控制,2007,32(11):13-16.
[3] 孫靜,孫建平,梁兆陽(yáng),等.雙輸入雙輸出時(shí)滯系統(tǒng)的解耦控制方法[J].儀器儀表用戶,2008,15(4):108-109.
[4] 王啟志.工程解耦控制系統(tǒng)的研究[D].泉州:華僑大學(xué),2002.
[5] 王東風(fēng).制粉系統(tǒng)球磨機(jī)的模型算法解耦控制[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置,2002(1):23-25.