电气信息学院：解耦控制实验仿真分析与设计

实验四：解耦控制系统仿真分析 本实验旨在电气信息学院的学生们深入理解解耦控制系统的原理和应用，以及如何通过MATLAB/SIMULINK软件进行系统仿真和设计。实验的核心目标是掌握解耦控制技术，特别关注对角阵解耦、前馈补偿解耦和反馈解耦三种方法。 首先，实验强调了过程控制系统中的变量耦合分析，通过传递函数矩阵来表示系统间的关联强度，区分强耦合与弱耦合。解耦控制的目标是通过设计适当的控制器削弱或消除控制回路间的相互影响，实现各被控变量的独立控制。 在实验内容方面，学生需要使用对角阵解耦作为基础，该方法要求对象特性的矩阵与解耦控制矩阵相乘得到对角矩阵。解耦后，系统的动态关系简化为单变量间的交互，如图2所示。特别地，单位矩阵解耦是特殊情形，解耦后的目标传递函数变为单位阵，其解耦控制器的表达式清晰明确。 前馈补偿解耦则是基于不变性原理，通过在系统中加入补偿环节来抵消干扰，消除系统间的耦合效应。图4展示了双变量前馈补偿解耦控制的结构，学生需要设计并分析这种解耦方案的效果。 反馈解耦则涉及对系统反馈路径的调整，以减小系统内部的耦合。实验将通过这些解耦策略对实际应用系统进行仿真分析，让学生了解解耦控制在工程实践中的意义和应用实例。 整个实验过程不仅锻炼了学生在MATLAB/SIMULINK环境下的系统建模和仿真技能，还加深了他们对控制理论的理解，特别是解耦控制方法的实际操作和优化策略。完成这个实验，学生将能够独立设计和评估复杂控制系统中的解耦方案，提高他们的系统设计和分析能力。