基于内膜控制的先进控制教学文案

1、基于内膜控制的先进控制论文框架论文框架研究背景研究背景课题方向课题方向论文要点论文要点结论结论1234通过求取参考输入通过求取参考输入R(s)和扰动输入和扰动输入D(s)与过程输出与过程输出Y(s)之间的传递函数，易得出系统闭环响应为之间的传递函数，易得出系统闭环响应为内膜控制内膜控制 如果模型准确，即如果模型准确，即M ( s) = P( s) ，且没有外界扰动，且没有外界扰动，即即D( s) = 0 ，则模型的输出，则模型的输出Y(s)与过程的输出与过程的输出Y相等，此相等，此时反馈信号为零。这样在无模型不确定性和无未知输入时反馈信号为零。这样在无模型不确定性和无未知输入的条件下，内模控制

2、系统具有开环结构。的条件下，内模控制系统具有开环结构。基于基于内膜控制内膜控制的的PID控制器的设计控制器的设计： 具有内模控制结构的具有内模控制结构的PID控制器理想的控制器理想的PID控制器具控制器具有如下的形式：有如下的形式：内膜控制内膜控制的的PID控制器的控制器的设计设计内模控制器内模控制器 其其目的是将内模控制器转化为目的是将内模控制器转化为PID类型的解，即使式类型的解，即使式(3)和式和式(4)等价，因而从内模控制的角度来设计等价，因而从内模控制的角度来设计PID控制控制器。通常内模控制器的设计过程如下器。通常内模控制器的设计过程如下2 :第一步第一步:把模型分解为全通部分把模

3、型分解为全通部分M+和最小相位部分和最小相位部分M-，即即第二步第二步:模型误差的鲁棒性设计为抑制模型误差对系统的模型误差的鲁棒性设计为抑制模型误差对系统的影响，增加系统的鲁棒性，在控制器中加入一个低通滤影响，增加系统的鲁棒性，在控制器中加入一个低通滤波器波器F( s) ，一般，一般F( s)取最简单形式如下取最简单形式如下: 内模控制器内模控制器通过求取参考输入通过求取参考输入R(s)和扰动输入和扰动输入D(s)与过程输出与过程输出Y(s)之间的传递函数，易得出系统闭环响应为之间的传递函数，易得出系统闭环响应为内模控制器内模控制器一阶系统一阶系统当过程模型已知时，根据上式和当过程模型已知时，

4、根据上式和PID控制算式，由控制算式，由s多项多项式各项幂次系数对应相等的原则，求解可得基于内模控式各项幂次系数对应相等的原则，求解可得基于内模控制原理的制原理的PID控制器各参数。控制器各参数。3.2一阶系统一阶系统可以看出，对于一阶系统，基于内模控制原理设计的控可以看出，对于一阶系统，基于内模控制原理设计的控制器为制器为PI控制器，其中控制器，其中 在目标函数下的最优控制规律是比例在目标函数下的最优控制规律是比例+积分，且是无积分，且是无余差的，并可以证明对于对象参数的变化是不灵敏的。余差的，并可以证明对于对象参数的变化是不灵敏的。而基于内模原理所设计的控制器也是而基于内模原理所设计的控制

5、器也是PI控制器，这说明控制器，这说明基于内模控制原理设计的基于内模控制原理设计的PID控制器是符合二次型最优控制器是符合二次型最优控制选型原则的。控制选型原则的。一阶系统一阶系统二阶结构二阶结构:当过程模型是二阶系统时，即当过程模型是二阶系统时，即:可以看出，对于二阶对象，基于内模控制原理设计的控制器为PID控制器，其中二阶系统二阶系统 对于二阶对象，在设定值变化时，在目标函数对于二阶对象，在设定值变化时，在目标函数(11)下下的的最优控制规律是比例的的最优控制规律是比例+积分积分+微分，而且也可以证明微分，而且也可以证明它对于过程参数的变化是不灵敏的。这同样可说明对于它对于过程参数的变化是不灵敏的。这同样可说明对于二阶对象基于内模控制原理设计的二阶对象基于内模控制原理设计的PID控制器也是符合控制器也是符合线性二次型最优控制选型原则的。线性二次型最优控制选型原则的。二阶系统二阶系统结论结论： 从以上内模从以上内模PID控制器的设计过程可以看出时间常数控制器的设计过程可以看出时间常数是需要整定的参数是需要整定的参数,方法比较简单方法比较简单,并且在系统特性变化的并且在系统特性变化的情况下具有很强的鲁棒性和抗干扰能力情况下具有很强的鲁棒性和抗干扰能力,输出超调很小或输出超调很小或基本无超调基本无超调,理论分析和仿真结果均表明控制量变化理论分