文档介绍：计算机控制系统的先进控制技术
1. 内模控制技术
2. 模型预测控制技术
主要内容
内模控制技术
内模控制是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略。它与史密斯预估控制很相似,有一个被称为内部模型的过程模型,控制器设计可由过程模型直接求取。设计简单、控制性能好、鲁棒性强,并且便于系统分析。
图6-1 内模控制结构框图
——实际对象;
——对象模型;
——给定值;
——系统输出;
——在控制对象输出上叠加的扰动。
内模控制器的设计思路是从理想控制器出发,然后考虑了某些实际存在的约束,再回到实际控制器的。
?
讨论两种不同输入情况下,系统的输出情况:
(1)当时:
假若模型准确,即
由图可见
假若“模型可倒”,即可以实现
可得
不管如何变化,对的影响为零。表明控制器是克服外界扰动的理想控制器。
则令
(2)当时:
假若模型准确,即
又因为
,则
表明控制器是跟踪变化的理想控制器。
当模型没有误差,且没有外界扰动时
其反馈信号
——内模控制系统具有开环结构。
2. 内模控制器的设计
步骤1 因式分解过程模型
式中, 包含了所有的纯滞后和右半平面的零点,并规定其静态增益为1。为过程模型的最小相位部分。
步骤2 设计控制器
这里 f 为IMC滤波器。选择滤波器的形式,以保证内模控制器为真分式。
——整数,选择原则是使成为有理传递函数。
对于阶跃输入信号,可以确定Ⅰ型IMC滤波器的形式
对于斜坡输入信号,可以确定Ⅱ型IMC滤波器的形式为
——滤波器时间常数。
因此,假设模型没有误差,可得
设时
表明:滤波器与闭环性能有非常直接的关系。滤波器中的时间常数是个可调整的参数。时间常数越小, 对的跟踪滞后越小。
事实上,滤波器在内模控制中还有另一重要作用,即利用它可以调整系统的鲁棒性。其规律是,时间常数越大,系统鲁棒性越好。
讨论(1)当, , 时,滤波时间常数取不同值时,系统的输出情况。(2)当, ,,取不同值时,系统的输出情况。
例7-1 过程工业中的一阶加纯滞后过程(无模型失配和无外部扰动的情况)。
则
在单位阶跃信号作用下,设计IMC控制器为
1~、、、,系统的输出曲线。
图6-2 过程无扰动图6-3 过程有扰动