內(nèi)模控制器設(shè)計(jì)

1、1.內(nèi)?？刂圃?內(nèi)模控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示 內(nèi)?？刂频暮诵挠腥糠郑簝?nèi)模控制的核心有三部分： 內(nèi)部模型，用以預(yù)測(cè)被控對(duì)象的輸內(nèi)部模型，用以預(yù)測(cè)被控對(duì)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(guò)內(nèi)?？刂破鳎{(diào)節(jié)控制量使生產(chǎn)過(guò)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(jì)思路：使其傳遞函數(shù)為被控對(duì)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(hào)為 )()()()()()(1)()()(1)()()(sDsRsGsGsFsGsGsFsGsYsRsEmpcmc如果模型與對(duì)象完全匹配如果模型與對(duì)象完全匹配：誤差為零誤差為零；若模型與對(duì)象不完全匹配若模型與對(duì)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(jì)。系統(tǒng)魯棒性的設(shè)計(jì)。2.內(nèi)?？刂频闹饕再|(zhì)內(nèi)模控制的主要性質(zhì) (1)對(duì)偶穩(wěn)定性：如果模型是精確的對(duì)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(guò)程理想控制器的特性：當(dāng)過(guò)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(shí)模型的逆存在并可實(shí)現(xiàn)時(shí) ，在所有時(shí)，在所有時(shí)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)模控制器的設(shè)計(jì)方法內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)方法 問(wèn)題：?jiǎn)栴}： (1) 當(dāng)對(duì)象含有時(shí)滯特性時(shí)當(dāng)

4、對(duì)象含有時(shí)滯特性時(shí) ，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(duì)象模型嚴(yán)格有理，而控制器非有理；當(dāng)對(duì)象模型嚴(yán)格有理，而控制器非有理； (3) 當(dāng)對(duì)象模型含有右半平面零點(diǎn)當(dāng)對(duì)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(duì)于模型誤差極由理想控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，對(duì)于模型誤差極為敏感為敏感 ，當(dāng)模型不匹配時(shí)，無(wú)法確保閉環(huán)穩(wěn)定性。，當(dāng)模型不匹配時(shí)，無(wú)法確保閉環(huán)穩(wěn)定性。 4.內(nèi)模控制器的設(shè)計(jì)步驟內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計(jì)步驟 第一步設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定的理想控制器，第一步設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)濾波器，通過(guò)調(diào)整第二步引入一個(gè)濾波器，通過(guò)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(guò)參數(shù)調(diào)整來(lái)獲得期望的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和通過(guò)參數(shù)調(diào)整來(lái)獲得期望的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和魯棒性。魯棒性。 步驟步驟1. 過(guò)程模型的分解：過(guò)程模型的分解：)(*)( )(sGsGsGmmm步驟步驟2 . IMC控制器設(shè)計(jì)控制器設(shè)計(jì))(*)( )(1sFsGsGmcnssF)1 (1)( 通過(guò)上述通過(guò)上述IMC設(shè)計(jì)步驟后，閉環(huán)系設(shè)計(jì)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(shí) )()()()()()()()()()(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(lái)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(jì) n的取值應(yīng)保證內(nèi)模控制器為有理的取值應(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)模控制器魯棒性分析 含有不確定性的被控對(duì)象模型可以含有不確定性的被控對(duì)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(dòng)的關(guān)系為模型加法和乘法攝動(dòng)的關(guān)系為 )()()(sswGsGmm211uGGuuGypmprGuc*1mcmcGGuGGu*1*12 對(duì)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(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)系統(tǒng)的本質(zhì)是一種開(kāi)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(duì)于非最小相位系統(tǒng)，因?yàn)樘貏e地，對(duì)