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1、带预估控制量二次约束的无静差FIR型内模控制器第l6卷第4期1999年8月控制理论与应用CONTROLⅡ皿RYANDAPPLICATIONSVD1.16.No.4Aug,1999带预估控制量二次约束的无静差FIR型内模控制器～LI1.上悔闩j01(上悔交通大学自动化所?上海.删0)'1摘要:基于对象的脉冲响应序列,提出一种利用矩阵OR分解设计FIR型内模逆动态控制器的新方法为防止过大控制作用,引人了对预估控制量的二次约束,并同时对控制器静态增益约束以保证闭环控制系统对阶跃输人航翟翟性,静关键词:内模控制;F皿型制;预
2、估;无静差,Sl×l电王1l'Designofthe~OffsetFIRInternalIVl~delC_xmtrollerwith蔚蛐ConsetonthePredictiveEstimationoftheControlAc6onsHuaJianxiagandXiYugeng(InstituteofAutomation,sh~tmiJiaoto~gUnive~ty'SIIa口曲Ⅲ,200030.PR(3~fina)Abstract:AmalrixQRdecoralx~riom-basedapIm:hforthede
3、signofinternalmodelcontrollerisdevelopedfromtheplantilnpu]~responseBoththequadraticconsWaintonthelaedicfivecontrolactionsandthecol1.slg0JlltOnthes~ionarygains.fthecc~alrolleraIeir..dinordertoavoidexl2"uffl~controlactionsandtoguaranteeze~offselnessofthestepre∞in
4、cI∞cdloopsystems珊l】la0ma昏v舶灯a00f.Keyw~eds:modelcontrol;FIRcontroller;predictiveestimation;zero-offset~ss1引言(Introduction)内模控制作为一种新颖的控制系统结构.已经在工业过程控制中得到了成功的应用.理论分析表明不仅基于模型的预测控制(动态矩阵控制DMC,模型算法控制MAC,广义预测控制GPc)都具有内模控制结构ll一,而且基于状态反馈的二次是优控制与极点配置控制也隐含了内模控制结构J.在内模控制中,控
5、制器设计的策略是使之逼近受控对象的逆动态,对单变量系统,内模控制器取为对象传递函数最小相位部分的逆…1.通常内模控制中采用的是结构化参数模型,对如何利用非结构化参数模型,直接设计逆系统内模控制器则很少涉及.本文则由被控对象的脉冲响应序列出发,直接设汁FIR型内模控制器逼近对象逆动态.为防止产生过大控制作用,在性能指标中引入了对预估控制量的二次约束,此外对控制器静态增益进行约束,以保'正闭环控制系统输出对阶跃输入的无静差特性.为保证数值计算的鲁棒性,采用矩阵正交变换得到数据矩阵的QR分解,进而计算出满足要求的FIR型控
6、制器系数,给出的仿真试验例子说明了本方法有效性.'旱妻旱蒙蓦盖名;'管赘.1998课~艇7'月日修改稿2F1内模控制器的设计方法(DesignofFIRtemalmode1controller)2.1直接逆动态设计(Controllerdesignusingdirectinversedynamicsapproach)内模控制器的设计准则是使其逼近被控对象逆动态来实现,内模控制器对被控对象逆动态的逼近程度越准确,内模控制系统输出对输人控制信号的跟踪也越准确.设受控对象脉冲响应的Z变换函数为:G(:),内模控制器为C()
7、:N一】G(')=∑,c(z一'):∑c/r,i=ti=O(2.1)假定G(z～)C(z):D(一)+E(z-I),(2.2)这里,D(:)代表控制器C()对G(z-I)逆动态的逼近函数,E(z)代表逼近误差函数,在理想情形时应有:D(一):1,E(:一)=0.(2.3)将(2.2)式写成矩阵形式GC:D+E.(2.4,04期带预估控制量二次约束的无静差FIR型内模控制器493G:f三三1..G:Q×=(2_6控制器的输人控制信号为kg其中,为内模控制的外部控制信号,e为内模控制的输出误差信号定理2.1对单步预估控制
8、量进行二次约束时,使控制器设计优化指标:J(k)=丽(k)一D+i极小化的控制器最优解为:c(k)=K(k)c…(2.1la)其中K(k)=[,一"RR～(k)(k)]/(k),(2.I】b)(k):1+5(k)R一'R～(k).(2.11c)为选定的加权系数,矩阵GR的意义同(2.6).证将性能指标进一步写成:J(k)=[(k)G一D][丽(
