多变量时滞过程解耦Smith控制方法及鲁棒稳定性分析

"该资源是一篇2010年发表在《控制理论与应用》第27卷第10期的工程技术论文，由黄灿、桂卫华、阳春华、蒋朝辉和谢永芳共同撰写。文章探讨了多输入多输出（MIMO）系统中的时滞过程解耦Smith控制策略，旨在解决工业生产中遇到的复杂控制问题。通过对象模型伴随矩阵设计解耦器，并基于Smith预估控制结构和Butterworth滤波器极点配置设计PI控制器，确保系统的鲁棒稳定性。文章通过实例验证了该方法的有效性。" 在多变量时滞过程中，解耦Smith控制是一种重要的控制策略，尤其在处理实际工业生产中的复杂动态系统时。本文首先介绍了如何构建多变量Smith预估控制结构，这是一种能够提前预测系统未来行为的控制方法，对于存在延迟的系统特别有用。时滞是许多工业过程中的固有特性，可能导致系统不稳定和性能下降。 作者提出了一种基于对象模型伴随矩阵的解耦器设计方法。伴随矩阵是线性代数中的一个重要概念，用于描述线性微分方程组的动态行为。在这里，它被用来分析多输入多输出系统的动态特性，帮助将一个多变量系统分解成一组可以独立控制的一维子系统，即解耦。 解耦后的系统可以通过分析其幅频和相频特性得到简化的一阶数学模型，这简化了控制器的设计过程。接着，文章利用Butterworth滤波器的极点配置原理来设计PI控制器。Butterworth滤波器以其平坦的频率响应特性而闻名，可以有效地平滑信号并降低噪声。在时滞系统的控制中，适当的极点配置有助于改善系统的响应速度和稳定性。 考虑到实际过程中的不确定性，文章还分析了保证控制系统鲁棒稳定性的条件。鲁棒稳定性意味着系统在面临参数变化或扰动时仍能保持稳定。这是工业应用中非常关键的一个方面，因为实际系统的运行环境往往难以精确建模。 最后，通过一个具体实例，作者验证了所提出的解耦Smith控制方法在应对时滞过程时的优越性。实例表明，这种方法能够有效地减小系统误差，提高控制性能，并对不确定性具有较好的适应性。 这篇文章提供了一个实用的控制策略，对于理解和设计多变量时滞过程的控制方案具有指导意义，特别是在面对工业生产中的复杂动态系统时。