內(nèi)模控制器設(shè)計

1、1.內(nèi)模控制原理 內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示 內(nèi)?？刂频暮诵挠腥糠郑簝?nèi)?？刂频暮诵挠腥糠郑?內(nèi)部模型，用以預(yù)測被控對象的輸內(nèi)部模型，用以預(yù)測被控對象的輸出并加以較正；出并加以較正； 內(nèi)?？刂破?，調(diào)節(jié)控制量使生產(chǎn)過內(nèi)?？刂破鳎{(diào)節(jié)控制量使生產(chǎn)過程的輸出跟蹤控制系統(tǒng)的給定值；程的輸出跟蹤控制系統(tǒng)的給定值； 濾波器，改善控制系統(tǒng)的魯棒性濾波器，改善控制系統(tǒng)的魯棒性。 內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計思路：使其傳遞函數(shù)為被控對象傳遞函數(shù)的逆 即：)()(1sGsGmc由圖1可得)()()()(1)()()()()(sGsGsFsGsGsFsGsRsYmpcpc)()()()(1)()()(1)()(sGsGsFsG

2、sGsFsGsDsYmpcmc所以)()()()()(1)()()(1)()()()()(1)()()()(sDsGsGsFsGsGsFsGsRsGsGsFsGsGsFsGsYmpcmcmpcpc)()()()()(sDsUsGsGsBmp當(dāng)模型匹配，即 )()(sGsGmp)()(sDsB誤差信號為 )()()()()()(1)()()(1)()()(sDsRsGsGsFsGsGsFsGsYsRsEmpcmc如果模型與對象完全匹配如果模型與對象完全匹配：誤差為零誤差為零；若模型與對象不完全匹配若模型與對象不完全匹配： 誤差將包含模型失配信息，從而有利于誤差將包含模型失配信息，從而有利于系統(tǒng)魯

3、棒性的設(shè)計。系統(tǒng)魯棒性的設(shè)計。2.內(nèi)模控制的主要性質(zhì)內(nèi)?？刂频闹饕再|(zhì) (1)對偶穩(wěn)定性：如果模型是精確的對偶穩(wěn)定性：如果模型是精確的 ，內(nèi)，內(nèi)?？刂苾?nèi)部穩(wěn)定的充要條件是?？刂苾?nèi)部穩(wěn)定的充要條件是 和和 都是穩(wěn)定的。都是穩(wěn)定的。(2)理想控制器的特性：當(dāng)過程理想控制器的特性：當(dāng)過程 穩(wěn)定穩(wěn)定且模型精確且模型精確 ，使，使 ，且，且模型的逆存在并可實(shí)現(xiàn)時模型的逆存在并可實(shí)現(xiàn)時 ，在所有時，在所有時間內(nèi)和任何干擾作用下間內(nèi)和任何干擾作用下 。)(sGm)(sGp)(sGp)()(1sGsGmc)()(sRsY3.內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計方法內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計方法 問題：問題： (1) 當(dāng)對象含有時滯特性時當(dāng)

4、對象含有時滯特性時 ，控制器物理上是不可，控制器物理上是不可實(shí)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)的 ； (2)當(dāng)對象模型嚴(yán)格有理，而控制器非有理；當(dāng)對象模型嚴(yán)格有理，而控制器非有理； (3) 當(dāng)對象模型含有右半平面零點(diǎn)當(dāng)對象模型含有右半平面零點(diǎn) ，致控制器本身，致控制器本身不穩(wěn)定，從而使閉環(huán)系統(tǒng)也不穩(wěn)定不穩(wěn)定，從而使閉環(huán)系統(tǒng)也不穩(wěn)定 ； (4) 由理想控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，對于模型誤差極由理想控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，對于模型誤差極為敏感為敏感 ，當(dāng)模型不匹配時，無法確保閉環(huán)穩(wěn)定性。，當(dāng)模型不匹配時，無法確保閉環(huán)穩(wěn)定性。 4.內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計步驟內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計步驟 第一步設(shè)計一個穩(wěn)定的理想控制器，第一步設(shè)計一個穩(wěn)定的理想

5、控制器，而不考慮系統(tǒng)的魯棒性和約束；而不考慮系統(tǒng)的魯棒性和約束； 第二步引入一個濾波器，通過調(diào)整第二步引入一個濾波器，通過調(diào)整濾波器的結(jié)構(gòu)，使控制其物理可實(shí)現(xiàn)，濾波器的結(jié)構(gòu)，使控制其物理可實(shí)現(xiàn)，通過參數(shù)調(diào)整來獲得期望的動態(tài)品質(zhì)和通過參數(shù)調(diào)整來獲得期望的動態(tài)品質(zhì)和魯棒性。魯棒性。 步驟步驟1. 過程模型的分解：過程模型的分解：)(*)( )(sGsGsGmmm步驟步驟2 . IMC控制器設(shè)計控制器設(shè)計)(*)( )(1sFsGsGmcnssF)1 (1)( 通過上述通過上述IMC設(shè)計步驟后，閉環(huán)系設(shè)計步驟后，閉環(huán)系統(tǒng)的輸出和統(tǒng)的輸出和誤差分別為：)()()()()(1)(1)()()()()()

6、()(1)(1)()()(sDsDsRsEsHsEsHsDsDsRsEsFsGsEsFsGsYpppmpm)()()()(1)(1)()()()()(1)()(1)()()(sDsRsEsHsHsDsRsEsFsGsFsGsYsRsEppmm當(dāng)模型完全匹配時 )()()()()()()()()()(sDsDsRsHsDsDsRsFsGsYm)()()()()(*)()(1 )(sDsRsJsDsRsFsGsEm)(sH)()(sFsGm= )(sH)(sGm)(sF)(sGc除了中必須包含所有的滯后和右半平面必須有足夠的階次來滿足物理上的可實(shí)現(xiàn)，其它都是可以任意選擇。 零點(diǎn)外，還要求5.濾波器

7、的設(shè)計 n的取值應(yīng)保證內(nèi)?？刂破鳛橛欣淼娜≈祽?yīng)保證內(nèi)?？刂破鳛橛欣?nssF)1 (1)(決定了閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)特性決定了閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)特性 魯棒性很強(qiáng)魯棒性很強(qiáng) 1maxF6.內(nèi)?？刂破黥敯粜苑治?含有不確定性的被控對象模型可以含有不確定性的被控對象模型可以用以下兩種方法描述：用以下兩種方法描述： )()()(sGsGsGmmp)()(1)()(sswsGsGmp)(, 1|sWjw）（為加權(quán)函數(shù)為加權(quán)函數(shù) 模型加法和乘法攝動的關(guān)系為模型加法和乘法攝動的關(guān)系為 )()()(sswGsGmm211uGGuuGypmprGuc*1mcmcGGuGGu*1*12 對象穩(wěn)定，要系統(tǒng)穩(wěn)定，則要虛線框環(huán)節(jié)穩(wěn)定。根據(jù)小增益理論1|)()(|sGsGmc1|)(*)()(|sWsGsGmc結(jié)論： (1) IMC系統(tǒng)的本質(zhì)是一種開環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的本質(zhì)是一種開環(huán)控制系統(tǒng) ；(2）當(dāng)當(dāng) )(*)(1sFGsGmc1|) 1()()(|nmskssWG由于引入了低通濾波器，由于引入了低通濾波器， 系統(tǒng)所能允許的不確定系統(tǒng)所能允許的不確定也就是系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性越好也就是系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性越好 性大大增加，而隨著濾波器參數(shù)性大大增加，而隨著濾波器參數(shù)的增加而增大，的增加而增大， 特別地，對于非最小相位系統(tǒng)，因?yàn)樘貏e地，對