系统解耦控制

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1、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、 TDNAC/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G (s)实现解耦。c耦合系统引入控

2、制器后的闭环传递矩阵为(s) = I + G (s)G (s)H(s)-iG (s)G (s)p c p c左乘I + G (s)G (s)H(s)，整理得pcG (s)G (s) = 0(s)I H(s)(s)-ipc式中(s)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 H(s)o(s)-1仍为对角阵，G (s) =G (s)-10(s)I-H(s)0(s)-1cp设计串联控制器G (s)可使系统解耦。c2、用前馈补偿器实现解耦。解耦系统如图 2-2，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(s) = I + G (s)-i

3、G (s)G (s)p p d式中(s)为所希望的闭环对角阵，经变换得前馈控制器传递矩阵G (s) = G (s)-iI + G (s)(s)d p p3、实验题目双输入双输出单位反馈耦合系统结构图如图。通过原系统输出量(y1,y2 )与偏差量(el,e2 )之间的关系Y (s)1Y (s)212s +11E (s)1E (s)2得到原系统开环传递矩阵 Gp（s）1G2s +11由输出量（yi,y2）输入量（u1,u2）个分量之间的关系为Y( s)1Y (s)212(s +1)2s +12( s + 2)U (s)1U (s)2原系统闭环传递矩阵0( s)=2(s +1)2s +12(s +

4、2)1）设计的串联控制器为：由于H（s）二IG (s) = G _1(s)(s)I (s)-1 cp101-10s02s +1(s + 1)(s + 1)110105ss +1 _(5s+1)_(5s +1)s(2 s + 1)(s +1)反馈控制器实现系统解耦的结构图T ransfer F c：n2- Ctc21)T ransfer F cn3G a i n12s+1T ransfer F on- Gc12(S)Transfer Fcn5-V-)242用串控2)设计的前馈控制器詬:-T ransfer F crrl躺耦的系统V2G (s)二 G (s)1I + G (s)(s)二i(S)(s

5、) dp0带入参数得：(2s+1)s + 25s +1四、实验步骤前馈控制器实现系统解耦的结构图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。2、U1单元S置阶跃档，S置下档，调节W和W使端输出幅值11 12 11 12为1周期为5s的方波信号。l(t) 10 l(t)、3、 时U(t) =，U (t) ,U (t)分别作用于系统时，L 0U(t)|_i(t)用示波器观察两路的输出，并记录波形。五、实验报告1、画出闭环解耦系统方框图及实验模拟电路图。2、用示波器观测并记录解耦前后系统的输出波形。3、利用MATLAB的SIMULINK建原系统模型及解耦控制系统模型,按实验步骤3进行仿真，得出实验结果。4、将仿真结果与实验结果做比较分析。5、叙述解耦控制的意义。六、实验预习1、阅读实验原理与内容，并对相关公式进行推导。2、利用MATLAB的SIMULINK建原系统模型及解耦控制系统模型,按实验步骤3进行仿真，体会解耦控制的意义。