基于H∞最优灵敏度的串级控制研究.pdf

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1、·46·工业仪表与自动化装置2013年第2期基于H∞最优灵敏度的串级控制研究曹南，石红瑞(东华大学信息科学与技术学院，上海201620)摘要：针对工业过程控制中普遍存在的容积对象，设计了一种二自由度的控制系统。副回路采用内模控制器，可以有效、快速地消除二次干扰；主回路以最优灵敏度为设计指标，由H最优控制理论得到主控制器整定参数，并化简成标准的串级控制结构。控制对象采用双容水箱，Simulink仿真结果表明，该算法在设定值跟踪、负载扰动抑制及系统鲁棒性等方面的性能指标均取得了良好的效果。关键词：串级控制；H最优灵敏度；内模控制；Simulink中图分类号：TP27

2、3文献标志码：A文章编号：1000—0682(2013)02—0046—04StudyofcascadecontrolbasedonHinfinityoptimalsensitivityCAONan，SHIHongrui(CollegeofInformationScienceandTechnology，DonghuaUniversity，Shanghai201620，China)Abstract：Inthispaper．adesignfortwo—freedomcontrollerswasproposedtohandlevolumeob-jectsinproce

3、ssindustry．ByusingtheIMCcontrollerinthesecondaryloop，thequadricdisturbancecanbeeliminatedeffectivelyandrapidly．MinimumsensitivitywasusedasthedesigncriteriaintheprimaryloopandtheturningparametersoftheprimarycontrollerwereobtainedbyHoptimalcontroltheory．Thetwo—freedomcontrolsystemcanbe

4、simplifiedintothestandardcascadecontrolstructure．Atwo—capac-itv—tanksystemwasusedascontrolobjectswhensimulation．Theresultsshowedthatthisalgorithmbringsagoodperformanceinset—pointtracking，loaddisturbancerejectionandrobustnessetc．Keywords：cascadecontrol；Hminimumsensitivity；internalmode

5、l；Simulink其方框图如图1所示。0引言现代工业中的生产工艺越来越复杂，特别是在石油、化工等过程控制领域，对控制系统的品质要求也日益提高，单回路系统往往难以满足要求。串级控制是一种在传统单回路结构下进行性能提升的控图1控制算法方框图制回路。标准串级控制结构由内环副回路和外环主回路组成，其主要思想是将副回路的扰动即二次干其中：C是主回路控制器，cⅢ。是副回路内模控制器，均是独立调节参数的控制器；P是主控制对扰通过副控制器快速、有效地进行消除，当二次干扰经过副回路的抑制后再进入主回路，对输出的影响象，P是副控制对象，P是其模型，假设模型匹配，有P(s)=P(s

6、)；D，和D分别为主、副2个回路已经有了较大的削弱¨。上的干扰。文献[3]提出了一种三自由度的串级控制结构，但需在原有标准串级结构上增加额外硬件才能由图1可得如下传递函数：实现。该文在此基础上提出可以化为标准结构的串㈤cs)(1)级控制系统，不需增加硬件开销，从设定值跟综、负载扰动抑制和系统鲁棒性3个系统指标进行设计，_1_P：s‰㈠(2)收稿日期：2012—10—16P(s)=P(S)P(S)C(S)(3)作者简介：曹南(1987)，男，江苏苏州人，硕士研究生，研究方向为过程控制。2013年第2期工业仪表与自动化装置·47·可得：1控制器的设计)P2(=··为

7、不失普遍性，设被控对象P。、P均为实际过程控制中常出现的一阶系统，即：K(9)K．e一2(人2s+1)P1(s)(4)K、e—f2sP()(5)其中：、分别为主副控制对象的增益；T。、T2分别图4主回路等效方框图为时间常数；、r分别为延迟时间。经过IMC等效，依次化简为图5、图6的形式。1．1副回路控制器C在图1中，由于已经假设模型匹配，有P(s)=P(s)。将过程模型P分解成两项：P：+(S)和肇日IP：一(S)，P+(S)包含了所有时滞和右半平面零点，P：一(S)是具有最小相位特征的传递函数。根图5经IMC等效后的主回路方框图据内模控制原理，内模控制器c(s

8、)=P一()，则c(6)