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增益调度控制 —— 理论、案例与交互式 GUI 实现

一、引言

在实际工业控制与自动化系统中，系统工作环境和动态特性往往随着工况、负载以及外部扰动的变化而发生改变。传统固定参数的控制器在这种情况下难以兼顾整个工作区间的性能要求，容易出现控制效果下降、超调或振荡等问题。为了解决这一难题，增益调度控制（Gain Scheduling Control）应运而生。其基本思想是：针对系统工作点的变化，通过预先设计一系列控制器参数，并根据实时测量到的调度变量（如参考信号、负载、环境温度等）在线切换或连续调整控制器增益，以适应不同工作条件下的系统动态特性。

本文将系统性地介绍增益调度控制的理论基础、数学建模与公式推导，探讨其在航空飞行、发动机推力和化工过程等实际工程中的应用。最后，基于 Python 与 PyQt6，本文提供了一套交互式 GUI 控制系统代码示例，用户不仅可以实时观察仿真结果，还能在线调整参数，验证增益调度控制的调节效果。

二、增益调度控制的基本原理