基于內(nèi)膜控制的先進(jìn)控制

基于內(nèi)?？刂频?/p>

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1234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)模控制的思想引入到PID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)模控制的PID控制器設(shè)計(jì)方法。課題方向

（1）基于內(nèi)?？刂圃?，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)?？刂?內(nèi)模控制的基本結(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，即D(s)=0，則模型的輸出Y(s)與過程的輸出Y相等，此時反饋信號為零。這樣在無模型不確定性和無未知輸入的條件下，內(nèi)?？刂葡到y(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?/p>

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低通濾波器F(s)，一般F(s)取最簡單形式如下:內(nèi)?？刂破魍ㄟ^求取參考輸入R(s)和擾動輸入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?/p>

一階系統(tǒng)

當(dāng)過程模型已知時，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)?？刂圃淼腜ID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)模控制原理設(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)模控制原理設(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，即:可以看出，對于二階對象，基于內(nèi)?？刂圃碓O(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，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