1. 研究目的与意义
在现代化的工业生产中，不断出现一些较复杂的设备或装置，这些设备或装置的本身所要求的被控制参数往往较多，因此，必须设置多个控制回路对该种设备进行控制。由于控制回路的增加，往往会在它们之间造成相互影响的耦合作用，也即系统中每一个控制回路的输入信号对所有回路的输出都会有影响，而每一个回路的输出又会受到所有输入的作用。要想一个输入只去控制一个输出几乎不可能，这就构成了耦合系统。由于耦合关系，往往使系统难于控制、性能很差。
所谓解耦控制系统，就是采用某种结构，寻找合适的控制规律来消除系统各种控制回路之间的相互耦合关系，使每一个输出只控制相应的一个输出，每一个输出又只收一个控制的作用。解耦控制就是多变量控制的有效手段。解耦系统的目的就是寻找适当的控制规律，使输入输出相互关联的多变量系统实现每一个输出仅受相应的一个的输入所控制，每一个输入也仅仅能控制相应的一个输出。
实现系统解耦，有两种方法：
2. 国内外研究现状分析
多变量系统的解耦设计思想在控制学科发展初期就已经形成。在现代控制理论的框架内，这个问题由morgan在1964年正式提出。随着控系统越来越复杂,被控对象存在着更多难以控制的因素，如不确定性多外扰、非线性、滞后、非最小相位特性等，使得工程对耦合控制系统的设计要求越来越高，设计难度也越来越大。解耦问题成为学术上与工程上一大难题，所以一直以来理论与工程界将其作为一个热点问题研究。解耦控制现在发展出多种控制方法，其中应用最为广泛的有以下几种：
1.传统解耦控制方法传统解耦方法以现代频域法为代表也包括时域方法，主要适用于确定性线性mimo系统。包括对角矩阵法、相对增益分析法、特征曲线分析法、状态变量法、逆奈氏阵列法(ina)等。实现解耦控制的思想是通过解耦补偿器的设计，使解耦补偿器与被控对象组成的广义系统的传递函数矩阵为对角阵，从而把一个由耦合影响的多变量系统化为多个无耦合的单变量系统。
2.自适应解耦控制方法对于mimo不确定性问题,多变量自适应解耦控制的研究为这类问题的解决提出了可行性方法。多变量自适应解耦控制方法是将被控对象的解耦、控制和辨识结合起来,可以实现参数未知或时变系统的在线精确解耦控制。自适应解耦的方法将耦合项作为可测干扰，采用自校正前馈控制的方法[1]，对耦合进行动、静态补偿。对最小相位系统[2]，采用最小方差控制律可以抑制交连，对非最小相位系统，可以采用广义最小方差控制律
3. 研究的基本内容与计划
本次设计针对典型的多容单回路系统采用常规的PID控制，通过PLC与计算机实现自动化控制。应用机理分析法对上水箱与中水箱为研究对象的实验系统进行关联分析，建立以上水箱与中水箱液位控制系统的数字模型，并运用矩阵分析理论分析该系统的稳定性、能控性和可观测性，应用基于前馈补偿的全解耦方法能显著提高多变量关联系统的控制性能。
解耦控制系统设计为上水箱中水箱两输入两输出的液位控制系统，两输入为两个进水阀的流量，两输出为两个下水箱的液位高度，耦合为两个输出都分别受两个输入影响。本文建立基于Simulink耦合控制对象的数学仿真模型，利用节约响应曲线法进行控制对象的参数辨识，通过对两个回路添加解耦控制器最终实现两个液位分别受两个流量输入的一对一的控制并能分别达到期望值，并满足一定的动态及稳态精度。
双水箱实验系统用于模拟实际工业系统的非线性、多变量、时变、耦合等复杂对象特性。本文建立了该实验系统的数学仿真模型并对控制系统参数进行辨识，进行了耦合控制系统的分析与设计,实践了前馈补偿法解耦控制系统的设计方法,并对控制系统进行了Simulink仿真实验，达到了预想的效果。
4. 研究创新点
在传统解耦设计方法中，补偿阵严重依赖于被控对象精确的数学模型，而被控过程通常是时变和非线性的。因此一个线性的、定常的解耦补偿网络在被控过程发生工作点变化时，由于不具有适应性，很难保证控制品质，甚至导致系统不稳定。此外，由于被控过程往往具有纯延迟和单位圆外的零点，因此完全解耦补偿阵存在着可实现的问题。在工程中，完全解耦长期被弃置不用，代之以解耦系统的简化，从而产生部分解耦、单向解耦的方法。
