基于內(nèi)膜控制的先進(jìn)控制.ppt

基于內(nèi)模控制的PID控制器的設(shè)計(jì) 答辯人專業(yè) 論文框架 研究背景課題方向論文要點(diǎn)結(jié)論 1 2 3 4 研究背景 1 過程工業(yè)中使用的調(diào)節(jié)器主要是PID型的 它結(jié)構(gòu)簡單 易于操作 具有強(qiáng)魯棒性和有效的實(shí)際應(yīng)用 因而PID控制器參數(shù)的整定方法長期受過程控制界的關(guān)注 2 其整定方法有許多 如早期的Ziegler Nichols的閉環(huán)臨界比例度法 Cohen Coon的開環(huán)反應(yīng)曲線法 以及其它一些基于最小誤差積分的方法 Rivera 1 等人首先將內(nèi)?？刂频乃枷胍氲絇ID控制器的設(shè)計(jì)中 并建立了濾波器參數(shù)與PID控制器參數(shù)的關(guān)系 3 本文在前人的基礎(chǔ)上 針對工業(yè)控制領(lǐng)域具有代表性過程控制對象 給出了基于內(nèi)?？刂频腜ID控制器設(shè)計(jì)方法 課題方向 1 基于內(nèi)模控制原理 針對典型的工業(yè)過程對象 給出了PID控制器的設(shè)計(jì)方法 并根據(jù)現(xiàn)代控制理論的觀點(diǎn) 證明了該方法符合線性二次型最優(yōu)控制的選型原則 2 將該方法應(yīng)用于典型的工業(yè)過程對象的仿真研究 結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的PID控制系統(tǒng) 只有濾波器的時(shí)間常數(shù)是需要整定的參數(shù) 方法比較簡單 并且在系統(tǒng)特性變化的情況下具有很強(qiáng)的魯棒性和抗干擾能力 3 此外 該方法在現(xiàn)有的可編程控制器 PLC 智能儀表 集散控制系統(tǒng) DCS 和現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中都很容易實(shí)現(xiàn) 無需增加硬件投資 具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值 論文要點(diǎn) 內(nèi)膜控制 內(nèi)模控制 內(nèi)?？刂频幕窘Y(jié)構(gòu)如圖1所示 圖中P s 為實(shí)際被控過程對象 M s 為被控過程的數(shù)學(xué)模型 Q s 即內(nèi)部模型 U s 為內(nèi)?？刂破?R s Y s D s 分別為系統(tǒng)的輸入 輸出和干擾信號 通過求取參考輸入R s 和擾動(dòng)輸入D s 與過程輸出Y s 之間的傳遞函數(shù) 易得出系統(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)為 內(nèi)膜控制 如果模型準(zhǔn)確 即M s P s 且沒有外界擾動(dòng) 即D s 0 則模型的輸出Y s 與過程的輸出Y相等 此時(shí)反饋信號為零 這樣在無模型不確定性和無未知輸入的條件下 內(nèi)模控制系統(tǒng)具有開環(huán)結(jié)構(gòu) 基于內(nèi)膜控制的PID控制器的設(shè)計(jì) 具有內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)的PID控制器理想的PID控制器具有如下的形式 內(nèi)膜控制的PID控制器的設(shè)計(jì) 內(nèi)?？刂破?其目的是將內(nèi)?？刂破鬓D(zhuǎn)化為PID類型的解 即使式 3 和式 4 等價(jià) 因而從內(nèi)?？刂频慕嵌葋碓O(shè)計(jì)PID控制器 通常內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)過程如下 2 第一步 把模型分解為全通部分M 和最小相位部分M 即 第二步 模型誤差的魯棒性設(shè)計(jì)為抑制模型誤差對系統(tǒng)的影響 增加系統(tǒng)的魯棒性 在控制器中加入一個(gè)低通濾波器F s 一般F s 取最簡單形式如下 內(nèi)模控制器 通過求取參考輸入R s 和擾動(dòng)輸入D s 與過程輸出Y s 之間的傳遞函數(shù) 易得出系統(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)為 內(nèi)?？刂破?一階系統(tǒng) 當(dāng)過程模型已知時(shí) 根據(jù)上式和PID控制算式 由s多項(xiàng)式各項(xiàng)冪次系數(shù)對應(yīng)相等的原則 求解可得基于內(nèi)模控制原理的PID控制器各參數(shù) 3 2一階系統(tǒng)可以看出 對于一階系統(tǒng) 基于內(nèi)?？刂圃碓O(shè)計(jì)的控制器為PI控制器 其中 在目標(biāo)函數(shù)下的最優(yōu)控制規(guī)律是比例 積分 且是無余差的 并可以證明對于對象參數(shù)的變化是不靈敏的 而基于內(nèi)模原理所設(shè)計(jì)的控制器也是PI控制器 這說明基于內(nèi)?？刂圃碓O(shè)計(jì)的PID控制器是符合二次型最優(yōu)控制選型原則的 一階系統(tǒng) 二階結(jié)構(gòu) 當(dāng)過程模型是二階系統(tǒng)時(shí) 即 可以看出 對于二階對象 基于內(nèi)模控制原理設(shè)計(jì)的控制器為PID控制器 其中 二階系統(tǒng) 對于二階對象 在設(shè)定值變化時(shí) 在目標(biāo)函數(shù) 11 下的的最優(yōu)控制規(guī)律是比例 積分 微分 而且也可以證明它對于過程參數(shù)的變化是不靈敏的 這同樣可說明對于二階對象基于內(nèi)?？刂圃碓O(shè)計(jì)的PID控制器也是符合線性二次型最優(yōu)控制選型原則的 二階系統(tǒng) 結(jié)論 從以上內(nèi)模PID控制器的設(shè)計(jì)過程可以看出時(shí)間常數(shù)是需要整定的參數(shù) 方法比較簡單 并且在系統(tǒng)特性變化的情況下具有很強(qiáng)的魯棒性和抗干擾