序言

本章讨论复杂过程的控制问题。所谓复杂过程，是指有一些工业过程，它们的输入、输出变量至少在两个或两个以上，而且变量之间还存在相互耦合和相互影响，这样的过程称之为多输入/多输出过程，简称多变量过程；还有的虽属单变量过程，但描述它们的某些特征参数，如放大倍数、时间常数、纯滞后时间等，却随时间不断地变化，这样的过程称之为特征参数时变过程；还有的过程，它们的主要干扰量和过程的输出量都无法用仪器仪表测量或难以测量；还有的过程，由于它们的复杂性，过程的参数模型难以得到，能够得到的却是表征输人、输出关系的非参数模型，如阶跃响应曲线或脉冲响应曲线等；还有的过程，甚至连 输入、输出响应曲线也很难得到，所能得到的只是根据人的操作经验总结出来的一系列 “如果……则……”控制规则等。所有这些过程，均具有不同程度的复杂性，所以将它们统称为复杂过程。面对这些复杂过程，前面讨论的控制策略和系统设计方法已不能满足要求。 本章将要讨论的多变量解耦控制系统、基于时变参数的适应式控制系统、基于非参数模型的 .预测控制系统以及推理控制系统和模糊控制系统等，就是针对上述复杂过程而设计的。

1.多变量解耦控制系统

（1）耦合过程及其要解决的问题

前面所讨论的各种控制系统均属由一个被控量和一个控制量所构成的控制系统，其被控 过程是单输入/单输出的。而在实际工业生产过程中，有些被控过程往往是多输入/多输出的。如火力发电厂中的锅炉就是一种典型的多输人/多输出过程。图8-1所示为锅炉中各种控制量对各种被控量的相互关系图。可见，它们之间是互相耦合、互相关联、互相影响的， 一个控制量的变化将会引起多个被控量的变化。

在工业生产中，往往需要设计若干个控制回路来稳定多个被控量。由于被控过程存在耦合，其中任意一个回路的控制作用发生变化，将会影响到其他回路中被控量的变化，甚至可能导致各控制回路无法工作。zui典型的例子就是图8-2所示的流体传输过程中流量与压力的控制。

由图可见，当干扰使压力P1升高时，通过压力调节器PC的调节，开大调节阀1的开度，增加旁路回流量q1，减小排出量q2，迫使压力p1回到给定值上；与此同时，压力P1的升高，会使调节阀2前后的压差增大，导致阀门开度未变时流量q2就增大。此时，通过流量控制回路，关小调节阀2的阀门开度，迫使阀后流量q2回到给定值上。由于阀后流量q2的减小又将引起阀前压力p1的增加。如此下去，就导致两个控制系统无法正常工作。

通常认为，在一个多变量被控过程中，如果每一个被控变量只受一个控制变量的影响，则称为无耦合过程。对无耦合的多变量被控过程，其控制系统的分析和设计方法与单变量过程控制系统*一样，这里不再进行讨论。这里所要讨论的是指存在耦合的多变量过程控制系统的分析与设计问题。