基于內膜控制的先進控制.ppt

基于內模控制的PID控制器的設計 答辯人專業(yè) 論文框架 研究背景課題方向論文要點結論 1 2 3 4 研究背景 1 過程工業(yè)中使用的調節(jié)器主要是PID型的 它結構簡單 易于操作 具有強魯棒性和有效的實際應用 因而PID控制器參數的整定方法長期受過程控制界的關注 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?？刂频乃枷胍氲絇ID控制器的設計中 并建立了濾波器參數與PID控制器參數的關系 3 本文在前人的基礎上 針對工業(yè)控制領域具有代表性過程控制對象 給出了基于內?？刂频腜ID控制器設計方法 課題方向 1 基于內模控制原理 針對典型的工業(yè)過程對象 給出了PID控制器的設計方法 并根據現代控制理論的觀點 證明了該方法符合線性二次型最優(yōu)控制的選型原則 2 將該方法應用于典型的工業(yè)過程對象的仿真研究 結果表明所設計的PID控制系統(tǒng) 只有濾波器的時間常數是需要整定的參數 方法比較簡單 并且在系統(tǒng)特性變化的情況下具有很強的魯棒性和抗干擾能力 3 此外 該方法在現有的可編程控制器 PLC 智能儀表 集散控制系統(tǒng) DCS 和現場總線控制系統(tǒng)中都很容易實現 無需增加硬件投資 具有較高的工程應用價值 論文要點 內膜控制 內?？刂?內?？刂频幕窘Y構如圖1所示 圖中P s 為實際被控過程對象 M s 為被控過程的數學模型 Q s 即內部模型 U s 為內?？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 易得出系統(tǒng)閉環(huán)響應為 內膜控制 如果模型準確 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?？刂葡到y(tǒng)具有開環(huán)結構 基于內膜控制的PID控制器的設計 具有內?？刂平Y構的PID控制器理想的PID控制器具有如下的形式 內膜控制的PID控制器的設計 內?？刂破?其目的是將內?？刂破鬓D化為PID類型的解 即使式 3 和式 4 等價 因而從內模控制的角度來設計PID控制器 通常內?？刂破鞯脑O計過程如下 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計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 內模控制器 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 易得出系統(tǒng)閉環(huán)響應為 內?？刂破?一階系統(tǒng) 當過程模型已知時 根據上式和PID控制算式 由s多項式各項冪次系數對應相等的原則 求解可得基于內模控制原理的PID控制器各參數 3 2一階系統(tǒng)可以看出 對于一階系統(tǒng) 基于內?？刂圃碓O計的控制器為PI控制器 其中 在目標函數下的最優(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的變化是不靈敏的 而基于內模原理所設計的控制器也是PI控制器 這說明基于內模控制原理設計的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) 二階結構 當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?？刂圃碓O計的控制器為PID控制器 其中 二階系統(tǒng) 對于二階對象 在設定值變化時 在目標函數 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的變化是不靈敏的 這同樣可說明對于二階對象基于內?？刂圃碓O計的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) 結論 從以上內模PID控制器的設計過程可以看出時間常數是需要整定的參數 方法比較簡單 并且在系統(tǒng)特性變化的情況下具有很強的魯棒性和抗干擾