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随着工业技术的发展,生产流程变得更加复杂和紧凑,这意味着多变量系统广泛的存在于工业过程之中。由于变量间的相互关联,传统的单变量控制已经无法满足实际的控制需求,研究出行之有效的多变量控制成为控制领域一个热门的方向。而PID控制的普遍应用,如何得到合适的多变量PID参数的具有重要的实际意义。本文正是在这种背景下针对典型的化工过程多变量对象,系统地研究了多变量PID控制器的整定和优化问题。主要内容如下:1.系统地介绍多变量系统的一般理论和稳定性及耦合性分析。并应用数学工具对之进行有效的描述。同时对两种回路配对准则:相对增益矩阵(RGA)和有效相对增益矩阵(ERGA)进行了比较分析,说明了ERGA相对于RGA能够综合的考虑对象的静态和动态信息,并更有效的对多变量系统进行回路配对。2.综合阐述了一些有效的多变量分散PID的设计方法。并仿真分析了这些方法对多变量系统的控制效果及这些方法各自的不足和缺陷。同时提出了基于整体优化的多步寻优法来设计多变量分散PID参数。针对多变量系统性能包含系统各个变量的响应能力和抗耦合能力的特点,利用多次优化来逼近全局性能优化。并对常用的优化方法和性能指标进行分析比较,选择了以加权IAE为指标的NLJ法来进行参数寻优。同时使用Z-N法获得寻优初始值以克服NLJ法无法改变初值正负性的缺点。实例仿真表明,这种设计方法对于典型的多变量化工过程对象有更好的通用性和控制效果。3.将多变量分散PID的设计扩展到多变量全维PID控制系统的设计,以解决系统变量间耦合严重的问题。并设计方法分为整体网络设计和分离设计两种形式来系统阐述多变量全维PID设计的思想。仿真实例的结果说明,这两种方法都能够有效削减回路间的耦合,且控制效果良好。4.最后列举了如何将一些常用的多变量控制器转化成多变量PID控制器的方法,并指出了这些方法各自适用的场合。同时使用仿真实例来说明这些方法的有效性。