Decoupling Control Schemes of Multivariable Systems ( 多变量系统的解耦控制 ) Dai Lian-Kui Shen Guo-jiang Institute of Industrial Control, Zhejiang University.

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流态化 概述 一、固体流态化:颗粒物料与流动的流体接触,使颗粒物料呈类 似于流体的状态。 二、流态化技术的应用:流化催化裂化、吸附、干燥、冷凝等。 三、流态化技术的优点:连续化操作;温度均匀,易调节和维持; 气、固间传质、传热速率高等。 四、本章基本内容: 1. 流态化基本概念 2. 流体力学特性 3.
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习题课( 1 ) 进程管理及调度. 复习 进程概念、描述及状态 进程概念、描述及状态 进程的同步与互斥及应用 进程的同步与互斥及应用 管程机制 管程机制 进程通信 进程通信 进程调度算法 进程调度算法 进程死锁 进程死锁 线程 线程.
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氧 族 元 素 第一课时. 氧族元素 包含元素 氧族元素包括 氧 ( 8 O) 、硫 ( 16 S) 、硒 ( Se) 、碲 ( Te) 、钋 ( Po) 等 氧 ( 8 O) 、硫 ( 16 S) 、硒 ( Se) 、碲 ( Te) 、钋 ( Po) 等 氧族元素。 它们的最外层电子、化学性质相似统称为.
《过程控制工程》课程组. 化学反应器概述 化学反应器是生产过程的重要设备之一,化学反应状态很大程度决定产 品的质量,产量。因此反应器的操作最优化具有实际意义。  反应器分类 ( 1 )物料进出状态:间歇式,连续式 ( 2 )物料流程分:单程、循环 ( 3 )反应器结构:釜式、管道式、塔式、固定床、流化床.
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常州机电职业技术学院 数控编程与加工技术 精品课程 项目 3 加工中心程序编制 模块 2 方形型腔类零件 上饶职业技术学院 课程负责人:罗根云 2011 年 5 月
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1 Signals and Systems Lecture 25 The Laplace Transform ROC of Laplace Transform Inverse Laplace Transform.
1 Signals and Systems Lecture 26 Properties of Laplace Transform Analysis LTI System using LT System Function.
Coupling Analysis of Multivariable Systems ( 多变量系统的关联分析 ) Lei XIE Zhejiang University, Hangzhou, P. R. China.
第四章 计算机数控( CNC )系统  本章重点:  1 计算机数控系统构成及其结构特点  2 运动轨迹插补原理  3 刀具补偿.
自动控制原理 西南交通大学电气工程学院 朱英华 (Catherine) The Principle of Automatic Control.
项目 1 典型低压电器 的拆装、检修及调试 任务 2 交流接触器的拆装与检修 接触器是一种自动的电磁式自动开关,是 一种依靠电磁力作用使触点闭合或分离的自 动电器,用于接通和断开电动机或其它用电 设备电路。适用于远距离频繁地接通或断开 交直流主电路及大容量控制电路。交流接触 器具有控制容量大、操作方便、便于远距离.
数学广角——优化 沏茶问题.
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学生:梁辰,赵童,谢永 指导教师: 余征跃.  空间桁架结构是柔性结构的典型代表之一  结构特点:质量轻、承载能力强、柔性大、 固有频率低、模态密集、结构阻尼小、 轻易于在轨拆装与展开等。 航天工程应用:运载火箭仪器舱、卫星天线塔、 航天器接口支架、一箭多星支架等, 另外桁架结构可以作为未来空间系统的主体结构。
PID Feedback Controllers Lei XIE Department of Control, Zhejiang University, Hangzhou, China 2013/3/20.
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§9. 恒定电流场 第一章 静电场 恒定电流场. 电流强度  电流:电荷的定向移动  正负电荷反方向运动产生的电磁效应相同 ( 霍尔效应 特例 ) 规定正电荷流动的方向为正方向  电流方向:正方向、反方向  电流强度 ( 电流 ) A 安培 标量 单位时间通过某一截面的电荷.
本章讨论有限自由度结构系统,在给定载荷和初始条件激励下的系统动力响应计算方法。 第 六 章
单元四 电动后视镜控制电路. 汽车辅助装置汽车辅助装置 一、教学目的要求: 掌握电动后视镜的组成、功用、工作过程以 及控制电路 二、主要教学内容: ( 1 )电动后视镜的组成 ( 2 )电动后视镜控制电路 ( 3 )电动后视镜工作过程 三、教学重点、难点: 电动后视镜工作过程.
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Feedforward Control ( 前馈控制 ) Dai Lian-Kui Shen Guo-jiang Institute of Industrial Control, Zhejiang University.
Control of Distillation Column (精馏塔控制)
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Cascade Control Systems (串级控制系统)
1 PID Feedback Controllers PID 反馈控制器 Dai Lian-kui Shen Guo-jiang Institute of Industrial Control, Zhejiang University.
Feedforward Control ( 前馈控制 ) Liankui DAI Institute of Industrial Control, Zhejiang University, Hangzhou, P. R. China 2009/04/22.
Block Diagram Algebra-its Use in Feedforward Compensation
Feedforward Control (前馈控制)
Digital Control Systems & Digital PID Controller
Process Control Engineering
Controllability and Observability of Linear Dynamical Equations
Presentation transcript:

Decoupling Control Schemes of Multivariable Systems ( 多变量系统的解耦控制 ) Dai Lian-Kui Shen Guo-jiang Institute of Industrial Control, Zhejiang University

Last Lecture Definition of Relative Gain Calculation of Relative Gain Meaning of Relative Gain Matrix Calculation of Relative Gain Matrix CVs and MVs Pairing

Problems of Multivariable Process Which is the best pairing of controlled and manipulated variables? How does the interaction affect the stability of the loops? How should the feedback controllers be tuned in a multivariable scheme? Can something be done with the control scheme to break, or minimize, the interaction between loops?

Interaction and Stability Characteristic equations for loop 2(No.1 controller are in “M” model ): Characteristic equations for loop 1(No.2 controller are in “M” model ): Characteristic equations for complete system( both controllers are in “A” mode):

Interaction and Stability (cont.) The roots of the characteristic equation for each individual loop are not the roots of the characteristic equation for the complete system. For interaction to affect the stability, it must work both ways. The interaction effect on one loop can be eliminated by interrupting the other loop; this is easily done by switching the controller to manual.

Tuning PID Controllers for 2*2 Interacting Systems If one loop is much faster than the other one, the fast loop is tuned first with the other loop in Manual. Then the slow loop is tuned with the faster loop in Automatic. If both loops are about the same speed of response, and one variable is more important to control than the other one, detune the less important loop by setting a small gain & a long reset time. Other cases……

Content When Necessary to Design Decoupler Linear Decoupler Design from Block Diagrams Nonlinear Decoupler Design from Basic Principles Application Examples

Pairing Example of a Blending Process Steady-state model: Problem: how can you analyze the coupling between two loop ?

Pairing of a Blending Process (cont.) 1. Obtaining steady-state process gain:

Pairing of a Blending Process (cont.) 2. Obtaining relative gain matrix:

Pairing of a Blending Process (cont.) 3. Pairing CVs and MVs using RGM If F 1 >F 2, the correct pairing is F - F 1, C - F 2 ; If F 2 >F 1, the correct pairing is F - F 2, C - F 1. If F 2 =F 1, which is the correct pairing ?

When necessary to apply decoupling for a coupling process (1) Strong interaction exists (存在强耦合) : even for the best pairing option, one or more of the relative gains is far from unity, (2) Both loops are about the same speed of response, and both CVs are of the same important (两回路动态特性接近,且两被控 变量均同等重要).

Problem Discussion For the controlled system, design your decoupling control systems and simulate your solution with SimuLink. If Initial states:

Decoupler Design Decoupler (解耦器) Design Principle Linear Cascade Decoupler Based on Transfer Function Matrix G(s) Linear Feedforward Decoupler from G(s) Nonlinear Steady-state Cascade Decoupler Based on Basic Principles ( 基 于过程机理的非线性稳态解耦器 )

Decoupler Design Principle Design decoupler to cancel the effects of the cross blocks, i. e.,

Block Diagram for a General 2*2 System with Cascade Decoupler Decoupling Conditions ?

Cascade Decoupler for a General 2*2 System If

About Cascade Decoupler Problem: (1) initial MVs’ value or “Man/Auto” mode switch; (2) limit of MVs.

Block Diagram for a 2*2 System with Feedforward Decoupler

Feedforward Decoupler Design for a 2*2 System Dynamic decoupler: Steady-state decoupler: Feedforward Control & Feedforward Decoupler Existing Problems ?

Nonlinear Steady-state Complete Decoupler ( 全解耦器 ) Design principle: introduce new variables v 1, v 2 to satisfy and

Nonlinear Steady-state Triangular Decoupler ( 三角解耦 ) Design principle: introduce new variables v 1, v 2 to satisfy and

Triangular Decoupler Design for a Blending Process Steady-state model: Let

Triangular Decoupler for the Blending Process (cont.)

Complete Decoupler Design for the Blending Process Steady-state model: Let

Nonlinear Decoupler Design Example (cont.) Steady-state model: Nonlinear decoupler:

Implementation of Nonlinear Decoupler Decoupler:

Simulation of Nonlinear Decoupler for a Blending Process ( Please see …/Decoupling/ NonlinearDecoupling.mdl )

Simulation Results of Nonlinear Decoupler

Problem Discussion There are two branches in the following pump. Please design a control system to stabilize the flow in each branch, and reduce the coupling between the branches.

Summary Concept of Relative Gains Obtaining Process Gains and Relative Gain Matrix Rule of CVs and MVs Pairing Decoupling Design from Block Diagrams Decoupling Design from Basic Principles

Next Topic: Boiler Control Schemes Process Diagram and Control Problems of Boiler ( 锅炉设备的生产流程与控制问题 ) Characteristic Analysis & Three-element Control for Drum Level ( 汽包水位特性分析与 三冲量控制 ) Steam Temperature Control ( 蒸汽温度控制 ) 详见《过程控制工程》 12.4 节 (P.214) Problem Discussion ( 《过程控制工程》思考题 与习题 12-3, P.223)