复杂系统内模控制策略的研究与实现

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1、北京化工大学博士学位论文复杂系统内模控制策略的研究与实现摘要本文以工业过程控制领域中的非线性、大时滞、时滞多变量耦合的复杂被控工业过程为研究对象，以目前在工业应用中实用的内模控制方法为主要控制手段，针对不同的过程被控对象，采用不同的内模控制结构以及改进了的内模控制结构，并对各种改进了的内模控制结构进行了理论分析，以及它的稳定性和鲁棒性进行了分析和研究。工业过程中的时滞、非线性、以及时滞多变量耦合现象是普遍存在的，由于时滞、非线性、多变量的耦合严重的影响了控制系统的控制性能，给控制系统的设计带来了一定的难度，实用性强且易于在计算机集散控制系统(DCS)上实现的PID控制方法已

2、不适应于这些被控对象。虽然近年来先后出现了一些先进的控制方法，但是很多控制算法复杂，计算量大，不易于在工业控制中实施。因此，提出简单、有效、实用的控制方法对于过程控制来说是很有意义的，本文正是基于这个立足点，考虑到内模控制的实用性，以内模控制为基本控制方法，提出了一些解决方案和改进措施，主要研究内容和已取得的研究成果如下tl、在传统内模控制结构的基础上，系统地阐述了内模控制系统的工作原理，在深入分析了模型不匹配和存在干扰时系统的鲁棒稳定性和鲁棒性的基础上，通过合理地调节滤波器时间常数的大小，可以实现系统响应性能和鲁棒稳定性之间的最佳折衷。2、在经典的Smith预估控制方法的

3、基础上，采用内模控制原理来设计Smith预估控制器，并对具有时滞的一阶被控对象、二阶被控对象和非自衡被控对象；提出了基于模型失配误差的时滞系统滤波器时间常数五在线调整内模控制，使旯随模型失配的程度而进行调整。实现系统响应性能和鲁棒稳定性之间的最佳折衷。并将内模控制算法转换成PID控制算法，建立了内模控制器的滤波器时间常数丑和PID控制器的比例系数，积分时间常数、微分时间常数之间的关系，使得PID的整定参数仅为一个，姑未化工大学博士学位论文并且很容易在现有的可编程序控制器(PLC)、智能仪表、集散控制系统(DCS)和新型的现场总线控制系统中进行实施。同时，还采用了遗传算法对内

4、模控制器的滤波器时间常数进行在线优化调整，并得到了满意的控制效果。3、针对化工过程中常见的一类开环不稳定时滞过程，在传统内模控制结构的基础上，提出了一种改进内模控制结构——串级内模控制结构，并根据时滞时间f与被0<三

5、内模控制矩阵的设计方法。对多变量时滞系统模糊内模控制方法给出了结构的理论分析以及模糊规则的制定和控制器的具体实现。对解析解祸内模控制矩阵的设计方法采用了遗传算法进行解耦控制器的模型近似化。这两种实现形式的提出在一定程度上简化了推导解耦控制器矩阵的运算量以及简化了解耦控制器的设计。5、研究了非线性系统的内模控制方法，并以一阶、二阶非线性系统和伺服系统低速时的非线性问题进行研究。在前人提出的口阶逆系统的基础上，采用RBF神经网络对非线性系统进行了逆模型的建立，然后采用伪线性复合内模控制方式进行控制。并对此方法在设定值的跟踪性能以及抗干扰性能上进行了较深入的理论分析。通过对上述各

6、种被控工业对象的研究，迸一步拓展了内模控制方法，使内模控制成为理论上更加完善、工程应用方便、适应面更广泛的控制方法。以上内容均给出仿真实验结果，表明了所研究方法的有效性和可行性。关键词：时滞系统，非线性系统，内模控制，遗传算法，神经网络，多变量解耦n北东化工文学博士学位论文T皿DTVESTIGATIONANDTHEREALIzATIoNOFCOⅣⅢEXSYSTEMINTERNALMODELCONTROLABSTRACT1rtlisdissertationtakestheseprocessinindustrycontroldomainsuchasuncertainty,non

7、-linearity,thebigtimedelayandthetimedelaymultivariablecouplingfortheobjectsofstudy,andtakesthepracticalinternalmodelcontrolmethodintheindustrialapplicationatpresentfortheprimarycontrolmethod，andUSeSthedifferentinternalmodelcontrolstructo∞aswell嬲theimprovedinte