内模控制技术.ppt

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1、第三章内模控制技术第一节纯滞后特性对控制系统的影响一、纯滞后特性衡量过程具有纯滞后的大小通常采用过程纯滞后时间与过程惯性时间常数的比。时，一般纯滞后过程时，大纯滞后过程二、控制系统中纯滞后传递函数模型典型环节传递函数1.一阶2.二阶3.非自平衡过程三、纯滞后特性对控制系统的影响控制系统典型结构R（s）F（s）Y（s）-+Gc(s)G(s)Gf(s)Gm(s)三、纯滞后特性对控制系统的影响1.纯滞后出现在干扰通道系统的稳定性不受纯滞后特性的影响2.纯滞后出现在反馈通道特征根受到纯滞后时间的影响，不利于系统的稳定

2、性，使系统的控制品质变差。3.纯滞后出现在前向通道影响系统的稳定性和控制品质。四、纯滞后系统的MATLAB计算及仿真1.纯滞后特性的近似用MATLAB函数命令pade()来近似其传递函数。[np,dp]=pade(tan,n)2.带纯滞后特性闭环系统的近似模型R（s）Y（s）-Gc(s)G(s)Gm(s)带纯滞后特性闭环系统的典型结构图2.带纯滞后特性闭环系统的近似模型R（s）Y（s）-Gc(s)G(s)Gm(s)带纯滞后特性闭环系统的近似结构图Pd(s)3.仿真实例：已知大纯滞后系统的被控广义对象传递函数为

3、设定控制用PID调节器传递函数为对系统的PID控制与Smith控制分别进行仿真。PID控制的仿真程序%L5405a.mn1=[2];d1=[41];G1=tf(n1,d1);tau=4;[np,dp]=pade(tau,2);Gp=tf(np,dp);n2=[7.0234.2950.06875];d2=[0.92876.0950];G2=tf(n2,d2);sys=feedback(G1*G2,Gp);[y,t]=step(sys);set(sys,'Td',tau);t1=[0:0.01:200]';ste

4、p(sys,t1)PID控制的阶跃响应曲线超调量：8.7348%，峰值时间：6.5780s，调节时间：7.0166sSmith预估控制的仿真程序%L1517a.mn1=[2];d1=[41];G1=tf(n1,d1);tau=4;[np,dp]=pade(tau,2);Gp=tf(np,dp);n2=[7.0234.2950.06875];d2=[0.92876.0950];G2=tf(n2,d2);sys=feedback(G1*G2,1);[y,t]=step(sys);set(sys,'Td',tau)

5、;t=[0:0.01:400]';step(sys,t)Smith预估控制的阶跃响应曲线较好的控制了对PID控制的振荡曲线，使被延迟了的被控量提前反映到调节器，减小超调使之成为单调上升的过程。第二节内模控制技术内模控制(InternalModelControl——IMC）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

6、；——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。1.什么是内模控制？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。其反馈信号——内模控制系统具有开环结构。当模型没有误差，且没有外界扰动时1.对偶稳定性若模型是

7、准确的，则IMC系统内部稳定的充要条件是过程与控制器都是稳定的。所以，IMC系统闭环稳定性只取决于前向通道的各环节自身的稳定性。结论：对于开环不稳定系统，在使用IMC之前将其稳定。内模控制的主要性质2.理想控制器特性当模型是准确的，且模型稳定，若设计控制器使，且存在并可实现则，控制器具有理想控制器特性，即在所有时间内和任何干扰作用下，系统输出都等于输入设定值，保证对参考输入的无偏差跟踪。内模控制的主要性质3.零稳态偏差特性I型系统（模型存在偏差，闭环系统稳定，只要设计控制器满足即控制器的稳态增益等于模型稳态增

8、益的倒数。）对于阶跃输入和常值干扰均不存在稳态误差。II型系统（模型存在偏差，闭环系统稳定，只要设计控制器满足，且）对于所有斜坡输入和常值干扰均不存在稳态误差。IMC系统本身具有偏差积分作用。内模控制的主要性质1.若对象含有滞后特性则中含有纯超前项，物理上难以实现。2.若对象含有s平面右半平面（RHP）零点，则中含有RHP极点，控制器本身不稳定，闭环系统不稳定。3.若对象模型严格有理，则非有理，即中