Abstract
The design of stabilising diagonal controllers for linear highly-coupled multiple-input multiple-output systems is presented. An alternative approach to the relative gain array method for channel-coupling evaluation is used. It is based on the individual channel analysis and design. This approach takes advantage of the appealing properties of the multivariable structure function (MSF). This framework is shown to be effective in the analysis and control of a well-known quadrupletank process, which is nonminimum phase for some operating points. Indices of performance, cross-coupling between inputoutput channels, structural stability and robustness are established by means of the appropriate interpretation of the MSF. Frequency-domain-based techniques are used. The MSF gives a clear and systematic design process for both input-output channels. Furthermore, diagonal stabilising controllers for the two possible input-output pairings are obtained. Both pairings give rise to open-loop nonminimum-phase systems. The main contribution is the proof that one of these pairings renders the closed-loop system minimum phase through an appropriate control design
چکیده
در این مقاله طراحی کنترلرهای قطری پایدارکننده برای سیستم‌های خطی چند ورودی چند خروجی خیلی کوپل شده ارائه می‌شود. یک روش جایگزین برای روش آرایه‌ی بهره‌ی نسبی برای ارزیابی کوپلینگ-کانال مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش بر مبنای تحلیل و طراحی یک تک کانال است. مزیت این روش این است که خصوصیات مطلوب تابع ساختار چند متغیره (MSF) را دارد. نشان داده می‌شود که این ساختار در تحلیل و کنترل یک فرایند شناخته شده با مخزن چهارتایی که در چند نقطه کار غیر مینیمم فاز است، موثر است. شاخص‌های عملکرد، تزویج متقابل بین کانال‌های ورودی-خروجی، پایداری ساختاری و مقاومت با MSF برقرار شده اند. تکنیک‌های مبتنی بر حوزه‌ی فرکانس مورد استفاده قرار می‌گیرند. MSF برای هر دو کانال ورودی – خروجی یک فرایند طراحی واضح و سیستماتیک ارائه می‌دهد. علاوه بر این، برای دو جفت ورودی-خروجی ممکن کنترلرهای قطری پایدارکننده به دست می‌آیند. هر دو جفت منجر به ایجاد سیستم‌های غیرمینیمم فاز حلقه باز می شوند. نتیجه‌ی اصلی این روش اثبات این مورد است که یکی از این جفت‌ها یک سیستم حلقه بسته‌ی مینیمم فاز ارائه می‌دهد.
مقدمه
بیشتر فرایندهای صنعتی سیستم‌های چند ورودی – چندخروجی (MIMO) هستند. درعمل، کنترل غیرمتمرکز سیستم‌های چندمتغیره رایج‌ترین ساختار کنترلی است [1], [3], [5], [6], [10], [12], [13], [28]. کنترل غیرمتمرکز امکان طراحی به روشی واضح‌تر از روش متمرکز از جمله H2 و را فراهم می‌کند [12].
در کنترل غیرمتمرکز، سیستم به چند زیرسیستم تک ورودی- تک خروجی (SISO) تجزیه می‌شود و برای هر زیر سیستم، کنترلرهای جداگانه طراحی می شود. محدودیت‌های کاری عمدتا به دلیل تعاملات تزویج متقابل بین ورودی ها و خروجی ها [5] , [6] و صفرهای سمت راست (RHPZها) [3], [28]هستند. مصالحه‌ای بین زمان نشست و تزویج متقابل وجود دارد که به ویژه در سیستم های غیرمینیمم فاز یک عامل بازدارنده حساب می‌آید. هم در سیستم‌های SISO [9], [16], [25] وهم در سیستم‌های MIMO [10], [13], [18], [19 پیامدها و ویژگی‌های محدود کننده‌ی RHPZها به طور وسیعی مورد مطالعه قرار گرفتند...