1、第二部分内模控制器设计 1 内模控制原理 内模控制系统结构如图所示 内模控制的核心有三部分 内部模型 用以预测被控对象的输出并加以较正 内模控制器 调节控制量使生产过程的输出跟踪控制系统的给定值 滤波器 改善控制系统的鲁棒性 内模控制器的设计思路 使其传递函数为被控对象传递函数的逆 即 由图1可得 所以 当模型匹配 即 误差信号为 如果模型与对象完全匹配 误差为零 若模型与对象不完全匹配 误差将包含模型失配信息 从而有利于系统鲁棒性的设计 2 内模控制的主要性质 对偶稳定性 如果模型是精确的 内模控制内部稳定的充要条件是和都是稳定的 理想控制器的特性 当过程稳定且模型精确 使 且模型的逆存在并
2、可实现时 在所有时间内和任何干扰作用下 3 内模控制器的设计方法 问题 1 当对象含有时滞特性时 控制器物理上是不可实现的 2 当对象模型严格有理 而控制器非有理 3 当对象模型含有右半平面零点 致控制器本身不稳定 从而使闭环系统也不稳定 4 由理想控制器构成的控制系统 对于模型误差极为敏感 当模型不匹配时 无法确保闭环稳定性 4 内模控制器的设计步骤 第一步设计一个稳定的理想控制器 而不考虑系统的鲁棒性和约束 第二步引入一个滤波器 通过调整滤波器的结构 使控制其物理可实现 通过参数调整来获得期望的动态品质和鲁棒性 步骤1 过程模型的分解 步骤2 IMC控制器设计 通过上述IMC设计步骤后 闭
3、环系统的输出和 误差分别为 当模型完全匹配时 除了 中必须包含所有的滞后和右半平面 必须有足够的阶次来满足 物理上的可实现 其它都是可以任意选择 零点外 还要求 5 滤波器的设计 n的取值应保证内模控制器为有理 决定了闭环系统的响应特性 鲁棒性很强 6 内模控制器鲁棒性分析 含有不确定性的被控对象模型可以用以下两种方法描述 为加权函数 模型加法和乘法摄动的关系为 对象稳定 要系统稳定 则要虚线框环节稳定 根据小增益理论 结论 IMC系统的本质是一种开环控制系统 2 当 由于引入了低通滤波器 系统所能允许的不确定 也就是系统的鲁棒稳定性越好 性大大增加 而随着滤波器参数 的增加而增大 特别地 对于非最小相位系统 因为中包含不稳定零点 它们往往具有高通性质 为此必须增加的值以克服它们的影响 而的增加又提高了系统的鲁棒性
