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小研多變量系統(tǒng)的解耦與控制
1 引言
隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，需要控制的變量常常不止一對，這些變量常以這種或那種形式互相關(guān)聯(lián)著，對某一個參數(shù)的控制不可避免地要考慮另一些有關(guān)聯(lián)的參數(shù)或操縱變量的影響，在設(shè)計時就不應(yīng)像單變量控制系統(tǒng)那樣逐一進行，而須從整體上考慮。為了使系統(tǒng)能獨立進行控制，應(yīng)對多變量系統(tǒng)進行解耦研究。傳統(tǒng)的單變量控制系統(tǒng)設(shè)計方法顯然無法滿足要求,工程中常常引入多變量的解耦設(shè)計。
2 多變量體統(tǒng)的分析
2.1 多變量系統(tǒng)的耦合性分析通常，耦合系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的類型可分為單向關(guān)聯(lián)(半耦合)和雙向關(guān)聯(lián)(耦合)。以2I2O 系統(tǒng)為例，如果回路1 對回路2 有關(guān)聯(lián)，也就是說回路1 的變化會影響到回路2 的運行，而回路2 的變化不會影響回路1，那么這種關(guān)聯(lián)稱為單向關(guān)聯(lián)；而如果回路2 的變化反過來也會影響回路1 的運行，那么這種關(guān)聯(lián)稱為雙向關(guān)聯(lián)。中國碩士論文網(wǎng)提供大量免費金融碩士論文,如有業(yè)務(wù)需求請咨詢網(wǎng)站客服人員！
2.2 三相電壓型PWM 整流器耦合性分析為了提高功率因數(shù)，抑制諧波污染，結(jié)合PWM 技術(shù)的新型整流器—PWM 整流器倍受關(guān)注。這種整流器克服了傳統(tǒng)整流器輸入電流諧波含量高，功率因數(shù)低的缺點，可獲得可控的升壓型AC/DC 變換性能，實現(xiàn)網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)和正弦波電流控制及電能的雙向傳輸，實現(xiàn)PWM 整流器三相電壓和電流的解耦控制，是近年來學(xué)術(shù)界關(guān)注和研究的熱點。對于多變量、非線性、強耦合的控制對象，諸多文獻提出了多種不同的解耦控制策略，其中利用旋轉(zhuǎn)坐標變換方法的矢量控制，是一種比較成功的解耦控制策略，但矢量變換后仍存在有功電流分量和無功電流分量之間交義耦合電勢的作用。
三相電壓型PWM 整流器拓撲結(jié)構(gòu)如下。
多變量解耦控制隨著被控系統(tǒng)越來越復(fù)雜，多變量系統(tǒng)應(yīng)用越來越多，多個變量之間相互關(guān)聯(lián)，即耦合，傳統(tǒng)的單變量控制系統(tǒng)設(shè)計方法顯然無法滿足要求，工程中常引入多變量的解耦設(shè)計。在工程實際中，往往由于算法太復(fù)雜而難以實現(xiàn)較好的解耦， 因而，尋求簡單易行的有效解耦方法是目前普通關(guān)注的問題，同時，將各種解耦方法有效融合也是實現(xiàn)解耦的好途徑。本章將對多變量的各種解耦方法進行簡單的介紹和比較。近而找出方便易行的解偶方法。
3.1 傳統(tǒng)解耦控制
3.1.1 前饋解耦
以PWM 整流器為例介紹前饋解耦方法，由圖2 可知d 軸和q 軸分量間存在交叉耦合,使得兩分量不能獨立調(diào)節(jié)。前饋補償即在輸入給定電壓中補償系統(tǒng)產(chǎn)生的耦合電動勢，以消除輸入交流電流交叉耦合影響，前饋解耦控制原理。
3.1.2 對角矩陣解偶法
在PWM 整流器中，對角矩陣的主對角線元素為PWM 整流器的d 軸和q 軸上的傳遞函數(shù)。
3.1.3 反饋解耦法為了克服上述解耦方法的缺點，可將解耦電壓項中的給定電流*和換成實際電流和q來實現(xiàn)解耦，即反饋解耦。反饋解耦的去耦項為和。以PI1、PI2 i為核心組成電流分量的兩個控制閉環(huán)，這將有助于電流的動態(tài)響應(yīng)。
3.3 智能解耦控制
3.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦法
智能解耦方法以神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)解耦方法為代表。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)多輸入到多輸出的映射，以任意精度逼近任意函數(shù)，并具有自學(xué)習(xí)功能，因此適用于時變、非線性、特性未知的對象。目前，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦在非線性系統(tǒng)中的應(yīng)用已有了一些研究成果，但更多的解耦策略帶有嘗試性，通常依靠大量仿真實驗來研究。
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)通常采用以下三種形式：
（1）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦補償器置于被控制對象與控制器之間；
（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦補償器置于控制器之前；
（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解耦補償器置于反饋回路。
以上解耦方法在理論上是成立的，但是在實際的控制系統(tǒng)中應(yīng)用難度很大，其主要問題是解耦器的設(shè)計依賴被控對象的數(shù)學(xué)模型，要求被控對象的數(shù)學(xué)模型已知且為線性時不變。
多變量的控制系統(tǒng)，由于回路之間的耦合，數(shù)學(xué)模型就比較復(fù)雜，且參數(shù)的測量和計算就比較復(fù)雜，這樣則導(dǎo)致解耦器和控制器無法設(shè)計。為了克服解耦效果依賴于被控對象準確數(shù)學(xué)模型的不足，可尋求一些對模型精度要求不高的智能解耦方法。內(nèi)模控制(IMC internal modelcontrol)不過分依賴于被控對象的準確數(shù)學(xué)模型，對模型精度要求低，工程上容易實現(xiàn)，是一種先進控制技術(shù)。
4 多變量系統(tǒng)的內(nèi)模解耦控制
4.1 多變量內(nèi)模控制的基本結(jié)構(gòu)
所謂內(nèi)模控制，其設(shè)計思路就是將對象模型與實際對象相并聯(lián)，控制器逼近模型的動態(tài)逆，內(nèi)模控制器取為模型最小相部分的逆，并通過附加低通濾波器以增強系統(tǒng)的魯棒性，其基本結(jié)構(gòu)圖。
4.2 三相電壓型PWM 整流器的內(nèi)模解耦控制 內(nèi)模解耦控制作用采用電流內(nèi)模解耦控制，可有效抑制干擾及模型失配對輸出的影響，并增強系統(tǒng)對給定信號的跟蹤能力。
可見，基于內(nèi)模控制的PWM 整流器，當(dāng)模型數(shù)和實際模型失配時，對階躍輸入和常值干擾不存在穩(wěn)態(tài)偏差。
5 對三相電壓型PWM 整流器解耦控制的仿真分析
在反饋解耦控制中，解耦式中用實際d軸電流d 和q軸電流來計算去耦電壓，當(dāng)且僅i q i當(dāng)PWM整流器參數(shù)估計準確時，耦合電壓才能消除，否則存在耦合，且耦合程度取決于PWM整流器參數(shù)估計誤差。而內(nèi)模解耦控制原理分析表明：PWM整流器的參數(shù)的變化對定子電流的解耦效果影響不大。為了進一步驗證上述結(jié)論，下面對其進行計算機仿真分析比較。仿真所用的PWM整流器參數(shù)為：電阻R(s) = 0.435Ω，L = 71.3mH ,ωL = 7.423。
6 結(jié)論
本文首先介紹了多變量系統(tǒng)的各種特點以及其耦合特性并在其基礎(chǔ)上對PWM 整流器進行了解耦分析。基于感應(yīng)電動機定子電流解耦控制思想，提出了三相電壓型PWM 整流器電流內(nèi)模解耦控制策略，給出了內(nèi)模解耦控制器的設(shè)計及實現(xiàn)方案，并進行了仿真實驗。通過把內(nèi)模解耦控制與反饋解耦控制的仿真結(jié)果進行了對比，可以看出：在參數(shù)一致時，兩種控制方法都能對系統(tǒng)進行有效解耦，但內(nèi)模控制比反饋解耦控制復(fù)現(xiàn)效果更好。當(dāng)參數(shù)不一致時，反饋解耦控制失去了解耦的性能，但內(nèi)模控制仍然可對系統(tǒng)進行解耦。輸出信號復(fù)現(xiàn)輸入的性能與λ 取值有關(guān)，λ 在一定范圍內(nèi)越大，復(fù)現(xiàn)效果越好。了解組合樓板的縱向抗剪。
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