基于非方有效开环传递函数的多变量内模PID控制方法研究

论文摘要

内模PID控制同时具备了内模控制和PID控制的优点,即有较好的鲁棒性和控制性能,又能够以PID的形式在实际中得以广泛的应用,这就给复杂多变量系统的控制问题的解决增添了新的活力。多变量系统的控制问题一直都是控制领域研究的热点和难点,关键点在于如何解决多回路之间的协调问题。本文针对内模PID控制器的设计方法进行了研究,以期在多变量系统控制中提出更有效、实用、简单的控制方法。首先,本文分析了内模控制中控制器参数对系统控制性能和鲁棒性的影响,在这个基础之上研究了内模PID控制方法。内模控制器设计中,影响控制性能和鲁棒性的最关键因素是滤波器参数的选择。现有的内模控制方法在对滤波器参数整定问题上,往往采用一些经验公式直接给出结果,但是经验公式并不是对所有的对象都有理想的效果,而且该方法本身精确度也不高。本文针对此问题,将粒子群算法（PSO）应用到单变量控制系统滤波器参数的整定中。利用粒子群优化算法的全局搜索能力,又结合一种能够保证系统阶跃响应单调、稳定、无超调的性能指标,形成基于PSO算法的内模控制器设计方法。仿真研究证明了该方法对于滤波器参数的整定优化能够带来很好的控制性能和鲁棒性。其次,本文对多变量系统进行了分析。目前,针对方型系统的多变量内模控制方法已经比较多,但是针对现实工业过程中广泛存在的非方系统的控制方法少、应用不广,尤其针对非方控制系统的内模PID控制方法少之又少。为此,本文在方型系统控制方法的研究基础之上,针对以上问题,提出了一种基于非方有效开环传递函数（NEOTF）的多变量内模PID控制方法。同时,将针对单变量系统的基于PSO的内模控制方法扩展到多变量非方系统中,获得了理想的控制效果。对于计算产生的高阶项,本文采用了泰勒-粒子群的降阶方法,使得降阶模型更加准确。仿真实例验证了本文提出的方法较其他方法有很好的鲁棒性和控制性能。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文选题的目的和意义
• 1.2 本课题相关领域历史、现状和前沿发展
• 1.2.1 先进控制的历史和发展
• 1.2.2 内模控制的历史和发展
• 1.2.3 多变量内模控制的研究现状和前沿发展
• 1.3 本课题完成的主要工作
• 第二章 内模控制基本原理
• 2.1 引言
• 2.2 内模控制的基本结构及原理
• 2.3 内模控制的性质
• 2.3.1 内模控制的三个特性
• 2.4 IMC控制器的典型设计方法
• 2.4.1 IMC控制器典型设计方法
• 2.5 内模控制系统性能指标性分析
• 2.5.1 IMC稳态性能分析
• 2.5.2 内模控制系统鲁棒性分析
• 2.6 仿真研究
• 2.7 小结
• 第三章 单变量系统内模PID控制
• 3.1 引言
• 3.2 IMC-PID的设计
• 3.2.1 等效的反馈控制器
• 3.2.2 反馈控制器的PID形式转化
• 3.2.3 基于粒子群算法的内模PID控制器设计方法
• 3.3 仿真研究
• 3.4 小结
• 第四章 多变量系统分析
• 4.1 引言
• 4.2 多变量系统的一些定义
• 4.2.1 数学模型
• 4.2.2 对象零极点
• 4.2.3 相对增益矩阵
• 4.3 多变量系统解耦方法
• 4.3.1 变量配对法
• 4.3.2 解耦装置法
• 4.4 小结
• 第五章 基于非方有效开环传递函数的内模PID控制方法
• 5.1 引言
• 5.2 基于非方有效开环传递函数的内模PID控制方法
• 5.2.1 非方有效开环传递函数（non-square effective open-loop transfer function,NEOTF）
• 5.2.2 时滞处理
• 5.2.3 非方有效开环传递函数降阶
• 5.2.4 非方内模PID控制器设计
• 5.2.5 滤波器fv的设计
• 5.2.6 内模控制器参数λ的整定
• 5.3 仿真研究
• 5.4 小结
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 新建目录项