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非方系统内模控制方法的研究

作　者: 郭妍
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: 非方系统内模控制广义逆 NLJ方法解耦相对增益模型降阶多变量
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 126次
引　用: 2次
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内容摘要

在大规模连续工业生产过程中,大量存在一种输入变量与输出变量不相等的非方系统。日益提高的工业控制要求,输入变量的约束和操作条件的变化都是产生非方系统的原因。非方系统的控制问题对控制方法提出了更高的要求,传统的控制方法已无法满足实际生产的需求。内模控制作为一种先进控制方法,具有响应速度快,鲁棒性好,实际操作中计算量较小等优点,并且具有很强的抗扰性能。经过几十年的发展,理论体系已较为成熟。本文的工作就以非方系统为研究对象,推广内模控制在非方系统中的应用,主要做了以下几个方面的工作：介绍了多变量内模控制的结构,原理和设计方法,分析了系统的鲁棒性,通过对双输入双输出多变量系统的仿真研究,讨论了内模控制的控制效果和鲁棒性。利用回路配对实现非方系统的方形化。讨论了相对增益矩阵及其衍生方法的优缺点,提出一种非方有效相对增益矩阵,给出了利用配对法求解方形子系统的方法。通过理论分析和仿真实验,说明该类方法对非方系统进行控制的有效性。针对非方系统直接进行控制器设计的多种方法,进行了详细的分析和对比,包括广义逆法,多变量协调控制法,分布式控制法等,并讨论了其与内模控制结合的可能性。针对一类含时滞和RHP零点的非方系统,提出一种基于广义逆和解析分析的解耦内模控制方法。该方法通过对时滞和RHP零点进行解析补偿,实现对系统的解耦内模控制,并通过本文提出的一种改进随机数搜索算法对控制器进行降阶,达到工业应用的要求。该方法不必对时滞项进行近似,且降阶算法对初始值要求不高。仿真结果验证了该方法对时滞非方系统的控制效果。针对内模控制在工业现场传统控制装置上的实现问题,讨论了IMC—PID方法在非方系统的应用。通过仿真实验验证了方法的有效性。

全文目录

学位论文数据集  4-5
摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-19
  1.1 课题的研究背景及意义  13-14
  1.2 文献综述  14-18
    1.2.1 内模控制方法的研究现状  14-16
    1.2.2 非方系统控制方法综述  16-18
  1.3 本论文的工作  18-19
第二章多变量内模控制原理  19-31
  2.1 引言  19
  2.2 多变量内模控制原理  19-23
    2.2.1 多变量内模控制的结构及性质  20-21
    2.2.2 多变量内模控制设计的方法  21-23
  2.3 内模控制鲁棒分析  23-26
    2.3.1 内模控制系统鲁棒稳定性分析  24-25
    2.3.2 内模控制系统鲁棒性能分析  25-26
  2.4 内模控制器与反馈控制器的关系  26-27
  2.5 仿真研究  27-29
  2.6 小结  29-31
第三章非方多变量系统概述及方形子系统选择方法  31-45
  3.1 非方多变量系统概述  31
    3.1.1 非方多变量系统的定义  31
    3.1.2 非方多变量系统的分类  31
  3.2 非方多变量系统方形子系统结构的选择方法  31-40
    3.2.1 相对增益矩阵(RGA)  32-34
    3.2.2 动态相对增益矩阵(DRGA)  34-35
    3.2.3 有效相对增益矩阵(ERGA)  35-37
    3.2.4 非方相对增益矩阵(NRGA)  37-39
    3.2.5 非方有效相对增益矩阵(NERGA)  39-40
  3.3 仿真研究  40-44
  3.4 小结  44-45
第四章非方多变量系统直接控制方法  45-55
  4.1 摩尔—彭罗斯(Moore-Penrose)广义逆法  45-47
    4.1.1 广义逆矩阵的定义及性质  45-46
    4.1.2 广义逆矩阵的计算方法  46-47
  4.2 多变量协调控制法  47-48
  4.3 非方解耦器法  48-49
  4.4 分布式控制法  49-51
  4.5 瘦系统稳态区域操作法  51-52
  4.6 多输入单输出(MISO)系统主控制量法  52-53
  4.7 小结  53-55
第五章非方时滞系统解耦内模控制方法  55-71
  5.1 引言  55-56
  5.2 解耦内模控制结构  56-57
  5.3 解耦控制器设计  57-59
    5.3.1 求取G_m~(-1)  57
    5.3.2 闭环控制系统传递函数阵H  57-59
  5.4 反馈滤波器设计  59
  5.5 控制器降阶方法  59-62
    5.5.1 问题描述  59-60
    5.5.2 随机数搜索寻优方法及其改进  60-62
  5.6 非方系统IMC-PID转化  62-63
  5.7 仿真实验  63-69
    5.7.1 非方内模解耦降阶控制仿真研究  63-66
    5.7.2 非方IMC-PID仿真研究  66-69
  5.8 小结  69-71
第六章总结与展望  71-73
参考文献  73-77
致谢  77-79
研究成果及发表的学术论文  79-81
作者和导师简介  81-82
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  82-83

非方系统内模控制方法的研究

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