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时滞多变量内模控制方法的研究

作　者: 王再富
导　师: 靳其兵
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 多变量系统 内模控制 时滞系统 解耦 抗饱和
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 143次
引　用: 3次
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内容摘要


随着工业化的快速发展,工业过程变得越来越复杂。常规的PID控制已经难以适应现代化的控制要求。内模控制(IMC)以其简便的设计方法,良好的控制效果,独特的鲁棒性以及预测能力等特点,使其在解决多变量系统的控制问题上显示出强大的生命力。本文主要研究时滞多变量系统的内模控制方法的设计,以期找到简单、有效、实用的方法。首先讨论了单变量系统的内模控制。在了解内模控制原理的基础上,以一阶时滞系统和二阶时滞系统为例,采用一阶Pade近似和全极点逼近的方法进行内模控制器的设计,以及介绍IMC-PID整个实现过程。其次,针对时滞系统产生的饱和问题,提出一种基于Bessel滤波器改进内模抗饱和控制的设计方法。仿真结果表明该方法具有较强的抗饱和能力和鲁棒特性,同时该方法对工业现场中常见的限制阀位的设定具有一定的指导作用。另外,针对多变量系统,介绍了系统的关联分析以及减少与消除耦合的一些方法措施。针对耦合系统介绍了4种解耦控制的设计方法。最后,针对工业过程中常见的多变量多时滞输入输出系统,提出了一种双内模解耦控制器矩阵的设计方法。利用NLJ算法对于解析模型进行降阶,从而简化了推导解耦器矩阵的运算;利用双内模结构来补偿被控过程的模型不确定性所导致的控制品质下降。仿真结果表明该方法具有较强的鲁棒性和抗耦合能力。为了满足国内工业现场DCS的实际要求,将内模控制器转化为PID控制器形式,仍可达到预期的效果。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章 绪论  14-20
  1.1 论文选题的目的和意义  14
  1.2 时滞系统概述  14-16
  1.3 时滞系统研究现状  16-19
    1.3.1 时滞系统的经典控制方法  16-17
    1.3.2 时滞系统的先进控制方法  17-18
    1.3.3 时滞系统的智能控制方法  18-19
  1.4 本课题的主要研究内容及方法  19-20
第二章 内模控制原理  20-30
  2.1 引言  20
  2.2 内模控制原理  20-22
    2.2.1 内模控制的一般结构及性质  20-21
    2.2.2 内模控制的实现问题  21-22
  2.3 内模控制器的设计  22-23
  2.4 时滞对象IMC-PID控制器设计步骤  23-29
    2.4.1 内模控制器与经典反馈控制器的关系  23-24
    2.4.2 时滞环节的处理方法  24-25
    2.4.3 IMC-PID控制器设计步骤  25-26
    2.4.4 IMC-PID控制器的实现  26-29
  2.5 小结  29-30
第三章 内模抗饱和控制器的设计  30-42
  3.1 引言  30
  3.2 抗饱和问题概述  30-33
    3.2.1 饱和问题的定义  30-31
    3.2.2 抗饱和设计的策略简介  31-32
    3.2.3 抗饱和控制相关技术  32-33
  3.3 抗饱和控制器的设计方法  33-37
    3.3.1 改进内模控制设计  33-35
    3.3.2 状态观测器的优化设计  35-37
  3.4 仿真研究  37-41
  3.5 小结  41-42
第四章 多变量系统的研究  42-54
  4.1 引言  42
  4.2 多变量系统的介绍  42-43
    4.2.1 多变量系统的数学模型  42-43
    4.2.2 多变量系统的特点  43
  4.3 控制回路间的耦合及稳定性分析  43-46
    4.3.1 控制回路间的耦合  43-44
    4.3.2 耦合系统稳定性分析  44-46
  4.4 解耦控制系统设计  46-53
    4.4.1 系统的关联分析  46-49
    4.4.2 减少与消除耦合途径  49-51
    4.4.3 串接解耦控制  51-53
  4.5 小结  53-54
第五章 多变量时滞系统的内模控制研究  54-66
  5.1 引言  54
  5.2 解耦双内模控制的分析  54-60
    5.2.1 内模解耦器的设计  55-58
    5.2.2 NLJ模型降阶算法  58-60
    5.2.3 内模控制器设计步骤  60
  5.3 多变量IMC-PID设计  60-61
  5.4 仿真研究  61-65
  5.5 小结  65-66
第六章 总结与展望  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-74
攻读学位期间发表的学术论文目录  74-76
作者和导师简介  76-77
硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  77-78

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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