【正文】 ：哪個控制器(如閥門)應該由哪個測量值來控制？對于有的工藝過程，回答是明顯的。但是有時卻不然，必須有某種依據(jù)才能做出正確的決定。值得指出的是這些調(diào)節(jié)量、被調(diào)節(jié)量之間往往還存在著某種程度的相互影響，它將妨礙各變量的獨立控制作用，有時甚至會破壞各系統(tǒng)的正常工作，使之不能投入運行。這種關聯(lián)性質(zhì)完全取決于被控對象。因此如果對工藝生產(chǎn)不了解，那么設計的控制方案不可能是完善的和有效的。所以，對于多變量過程控制系統(tǒng)，工程界和理論界都一致認為它是既高級又復雜的過程控制系統(tǒng)。說它高級，它能有效的對一些含有多個相關聯(lián)的變量生產(chǎn)過程實現(xiàn)統(tǒng)一的控制，而這種功能常常是不能借助于一些人為地簡化了的單變量過程控制系統(tǒng)來完成的；說它復雜，主要是因為它比單變量過程控制系統(tǒng)需要一些更復雜的設備，從而使系統(tǒng)的結構變的復雜。另一方面，從控制論的觀點來看，高級和復雜意味著這種控制系統(tǒng)能滿足一些更高的控制要求或者控制指標，從而在理論分析的深度與廣度上，都超過了常規(guī)的單變量過程控制理論。美國著名的化工控制學者Thomas. F. Edgar曾在80年代指出，多變量控制是70年代以來一直受到自動控制學術界和工業(yè)界的廣泛重視并競相研究的重要課題。而多變量過程變量之間的關聯(lián)性，即耦合是目前許多控制系統(tǒng)投運不好的重要原因。所謂耦合就是一個過程變量的變化必然會波及到其它過程變量的變化，它是生產(chǎn)過程動態(tài)特性普遍存在的一種現(xiàn)象，因為生產(chǎn)過程都是各個環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)的進行工作，一個過程變量的變化必然涉及到其它過程變量的變化。 。這是一個22的耦合對象，如果采用, 構成兩個單獨的單回路控制系統(tǒng)，其中, 分別代表,的調(diào)節(jié)器，, , , ，則兩個系統(tǒng)在控制過程中形成互相干涉振蕩，結果兩個系統(tǒng)都控制不好。G11(s)G21(s)G21(s)G21(s) 圖 G11(s)G21(s)G21(s)GC1(s)GC2(s)G21(s) 圖 、構成兩個單獨的單回路控制系統(tǒng)原理圖所以，如果對象存在耦合，會明顯降低控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)，在耦合嚴重的情況時會使各個系統(tǒng)均無法投入運行。分析目前許多難于投入運行的系統(tǒng)，許多是由耦合的原因造成的。如果設計者回避了事實上存在的回路之間的耦合而采用近似處理的辦法，仍然采用單變量PID控制方式。這種人為的簡化會導致以下一些問題：(1)由于沒有考慮被控對象中各回路間的關聯(lián)，因而很難同時使各個單變量系統(tǒng)穩(wěn)定地運行，也就無法有效地對這種多輸入多輸出、變量間緊密關聯(lián)的系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一的控制。(2)對于存在耦合的系統(tǒng)，由于各回路不能獨立考慮，因而各回路PID參數(shù)不得不多次進行整定，以便找到一個合適值，而在很多實際場合，很難得到一個令人滿意的整定。(3)從理論上講，PID控制器具有較好的魯棒性，但是當多個單回路之間存在耦合的情況下，整個系統(tǒng)的魯棒性無法得到保證。因此，研究如何實現(xiàn)解耦控制是多變量過程控制理論與實踐中的一個突出的問題。所謂解耦控制就是討論應當采取何種措施，能夠把一個有耦合影響的多變量過程，化成為一些無耦合的單變量過程來處理。假如能做到這一點，則解除耦合以后的系統(tǒng)，或者有根據(jù)的允許一定耦合存在的系統(tǒng)，就可以用我們所熟知的單變量系統(tǒng)理論來處理了。要想實現(xiàn)這一目標，直觀地說，下面兩種方法最簡單，第一種方法是切斷耦合通道，但這種方法只是在方框圖上有意義，因為任何實際的耦合總是某種物理(或者化學——物理)過程的顯示，從而它不可能按主觀想象而切斷。第二個直觀方法是連接補償通道，并且讓這個補償通道并聯(lián)地接入耦合通道，當然耦合通道的影響就會被消除，但是，這種方法也只是在方框圖上適用。因為在實際的系統(tǒng)中耦合常常發(fā)生在輸出變量上，而這些輸出變量經(jīng)常是一些具有一定容量的對象的某些實際參數(shù)。所以很顯然，要想用這種方法來消除系統(tǒng)中的耦合影響是不切實際的。因此，對于具有耦合的多變量過程控制系統(tǒng)，為了實現(xiàn)解耦控制，必須進行解耦設計，并且在這個系統(tǒng)中設置某種解耦環(huán)節(jié)。解耦環(huán)節(jié)是以補償環(huán)節(jié)形式設置于系統(tǒng)中，很顯然，它們僅能接受并傳輸十分有限的能量，因而它們應當安置在用有限能量就能對整個系統(tǒng)發(fā)生顯著的影響的地方。因此，解耦環(huán)節(jié)應當設置在控制對象之前或者在反饋通道上，用于解除系統(tǒng)中各輸入量和輸出量之間的耦合關系[7]。D11(s)D21(s)D22(s)GC1(s)GC2(s)G11(s)G22(s)G21(s)D12(s)G12(s) 補償方法之一是對角矩陣法，其基本思想是，進行適當?shù)脑O計，使得聯(lián)系多變量控制系統(tǒng)輸入變量與輸出變量之間的系統(tǒng)傳遞函數(shù)矩陣為一個對角矩陣。，設， ,分別為, , , ，而，，均為解耦器。為了計算出解耦器的數(shù)學模型，先寫出該系統(tǒng)的傳遞矩陣,被調(diào)量和調(diào)節(jié)量之間的矩陣為 = ()調(diào)節(jié)量與調(diào)節(jié)器輸出之間的矩陣為 = ()將（）式代入（）式得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為 = ()對角矩陣綜合法即要使系統(tǒng)傳遞矩陣成為如下形式： = () 將（）式和（）式相比較可知，欲使傳遞矩陣成為對角矩陣，則要使 = ()如果傳遞函數(shù)的逆存在，則將式（）兩邊左乘之逆矩陣得到解耦數(shù)學模型為 = ()= ()= ()= ()顯然,用式()所得到的解耦器進行解耦,將使,兩個系統(tǒng)完全獨立,因此組成的兩個分量和受到的影響將是 = + =[+] ()將()式中和代入,可以看到()式中這兩項數(shù)值相等,而符號相反。同時對的影響亦是如此，從而達到解耦的目的[8]。G11(s)G21(s)GC1(s)GC2(s) 利用對角矩陣法解耦得到的兩個彼此獨立的系統(tǒng)對于兩個變量以上的多變量系統(tǒng)，經(jīng)過矩陣運算都可以方便地求得解耦器的數(shù)學模型，只是解耦器越來越復雜，如果不予以簡化難以實現(xiàn)。目前，有很多方法可以用來解決多變量控制系統(tǒng)的解耦問題。但總的來說，下列幾種是普遍認為成功的方法：(1)由Boksenbom、Hood、錢學森、Kavanagh、Mesarovic’和Schwarz等人建立和發(fā)展起來的對角矩陣法；(2)首先由Bristol提出，然后主要有Shinskey、Nisenfeld、McAvoy等人發(fā)展起來的相對增益分析法；(3)由Rosenbrock提出的反Nyquist曲線法以及由MacFar1ane和Belletrutti提出的特征曲線分析法； (4)由Falb、Wolovich、Gilbert等人發(fā)展起來的狀態(tài)變量法。這幾種方法應用比較廣泛，但不能說哪種方法最好，因為應用這些方法的人各自有不同的要求，研