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化工过程设计中,多变量系统的常规PID控制器设计分为控制器结构设计与控制器参数设计两大步骤。传统的控制器结构设计一般为基于时域的控制回路配对方案,未能全面考虑系统动态特性的影响,同时,传统的控制器参数设计未能考虑到其它控制回路开环/闭环切换引起的参数不确定性的影响。为此,本文针对多变量系统提出基于频域的常规PID控制器设计方案,利用多种频域分析方法,完成基于频域下的化工过程多变量系统的常规PID控制系统结构设计和参数设计方案。首先,针对多变量系统进行常规PID控制系统结构设计,对被控变量和操作变量进行配对。将相对增益阵(Relative Gain Array,RGA)的概念推广到频域中,提出了频域动态RGA的概念,可以处理稳态RGA无法解决的存在纯滞后过程、积分过程、不稳定过程的多变量系统控制回路配对问题。考虑到频域动态RGA为复数矩阵无法比较大小的问题,本文分别提出计算耦合衡量系数矩阵和复平面单位圆图示分析的方法,直观体现频域动态RGA在复平面内与)0,1(j点的距离。同时,利用RGA数将复数形式的频域动态RGA转化为实数比较大小,通过RGA数最小化找到最优的控制回路配对方案。最后,对闭环控制条件下系统关联分析和变量配对方法进行研究。其次,针对存在部分控制回路已确定的系统结构限定下的多变量系统常规PID控制系统结构设计问题,将多变量系统划分为自由子系统和限定子系统,根据限定子系统开环和闭环理想控制两种情况进行关联分析,提出了控制结构限定下的自由子系统的频域动态RGA,通过复平面单位圆图示分析法进行控制回路配对,并利用RGA数验证了控制回路配对方案是否最优。最后,提出了基于稳定裕度的多变量系统常规PID控制系统参数设计方法。对于单变量系统,根据幅值裕度和相角裕度的大小与控制器参数之间的关系研究不同稳定裕度下的PI控制参数设计方案。对于多变量系统,分别将幅值裕度和相角裕度作为稳定裕度约束条件,以其他控制回路开环/闭环理想控制对控制参数的影响获得控制参数选择区域,最后通过频域优化获得合适的多变量系统各回路PI控制参数。