基于内模控制的互耦水槽建模与仿真

研究工业控制器稳定控制问题,内模控制(IMC)结构和设计简便,只有一个整定参数,参数调整与系统动态品质和鲁棒性的关系明确,采用IMC原理可以提高PID控制器的设计水平.为保证水槽系统的稳定性和跟踪性,从IMC的基本结构出发,提出了一种简单的IMC控制器设计方法,使用一个单负反馈回路系统,对控制对象化简成一个简单的一阶加延迟模型,然后整定出所需控制器的参数,以达到控制要求.通过MATLAB上进行仿真,结果表明,所设计的控制器具有常规PID的优点,且跟踪调节性能好,对水槽控制具有较好的鲁棒性和动态性,证明IMC法具有广泛的适用性.     

执行器饱和下的最优IMC-PI控制器设计

为了准确评价系统在出现执行器饱和时的跟踪性能,本文研究了饱和条件下基于内模法(Internal Model Control, IMC)的最优PI控制器的设计问题。 当被控对象可近似为一阶带滞后(First Order Plus Dead Time, FOPDT)模型,并选取绝对误差积分(Integral Absolute Error, IAE)为控制器性能指标时, 给出了IAE指标与控制器参数的关系。通过分析闭环传递函数的时域特性,建立控制器输出最大值与控制器参数的解析关系,提出饱和情形下最优IMC-PI控制器的参数的选取方法,并将结果应用于对已有控制器的性能评价。     

基于双控制器的一类积分纯滞后系统的研究

针对一类积分加纯滞后系统,在常规Smith预估控制器的基础上采取了一种双控制器结构,实现了系统的目标值跟踪特性和干扰抑制特性分离.这种控制器结构简单,可调参数少,参数的调节方便,直观.仿真结果表明:在干扰和模型失配的情况下,此类控制器仍然具有良好的控制性能和鲁棒稳定性能.     

复杂系统的分数阶内模控制器设计

针对高阶复杂系统提出一种分数阶内模控制器设计方法。利用微粒群算法(PSO)进行模型化简,基于内模控制(IMC)原理设计分数阶控制器,该控制器仅有一个可调参数,并根据鲁棒性能指标给出控制器参数整定的解析表达式。仿真结果表明,该方法可以使系统同时具有良好的目标值跟踪特性、扰动抑制特性以及克服参数变化的鲁棒性。     

几种不稳定滞后对象的预测PID 控制

针对几种不稳定滞后过程，给出一种预测PID控制器的结构形式．该控制器具有内环和外环两种控制器：内环控制器主要用于稳定系统；外环控制器具有预测PID控制的结构形式，主要用于消除输入干扰的影响和改善控制系统的动态性能．这种控制器结构简单，可调参数少，且参数的调节方便、直观．仿真结果表明，在干扰和模型失配的情况下，此类预测PID控制器仍具有良好的控制性能和鲁棒稳定性能．     

基于LMI和IMC的动态反馈抗饱和补偿设计

提出了一种基于线性矩阵不等式(LMI)和内模控制(IMC)的动态反馈抗饱和补偿器的设计方法,为此首先简要地介绍了基于统一框架的抗饱和补偿器设计方法,然后针对原框架计算量庞大的问题,利用模型精确的IMC结构中对象和控制器同时稳定就能保证系统闭环稳定的特性对框架进行改造,并进一步选取了具有(?)2范数形式的性能优化指标,通过整定控制器的方法来优化闭环系统的工作性能,给出了LMI形式的结果．最后给出了运用此方法设计补偿器的一个仿真实例．     

时滞系统的IMC-IMC串级控制

针对一类含大时滞且对抗扰性有严格要求的系统,结合内模控制(IMC)对大时滞系统的控制优越性和串级控制良好的抗扰性,提出IMC-IMC串级控制方法,将两个IMC结构引入串级控制系统中,主要扰动包含在副回路,两个内模控制器分别调节系统的跟踪和抗扰性能.理论分析和仿真结果表明,该方法对于大时滞系统同时具备良好的跟踪和抗扰性能.     

永磁同步电动机的参考模型逆线性二次型(MR-ILQ)最优电流控制跟踪鲁棒性

过渡响应的鲁棒性反映输出误差的最大瞬时值. 利用l_∞范数和线性矩阵不等式(LMI), 给出了评价电流控制系统鲁棒跟踪性能的方法. 采用该方法直接评价了电流控制系统的跟踪鲁棒性能. 以内埋式永磁同步电动机为例, 对阶跃和正弦电流给定信号下的最优电流控制系统以及调速系统进行了仿真研究, 结果表明合理的控制器参数选择, 使系统能实现电流的准确跟踪以及精确的速度控制, 对参数变化和负载扰动具有很强的鲁棒性.     

基于分数阶(PID)~γ控制器的中频感应电炉温度控制

针对中频感应电炉炉温控制中存在的大惯性、非线性、模型不确定性等特点,提出了一种分数阶(PID)~γ控制器设计方法。该控制器基于内模控制(Internal Model Control,IMC)及分数阶滤波器推导得出,仅包含两个可调节参数,有利于控制器参数的整定,并基于控制系统的相位裕量和截止频率,实现了分数阶(PID)~γ控制器的参数整定。所提方法不仅可以使温控系统具有较好的设定值跟踪和干扰抑制特性,而且当系统参数摄动时表现出更好的鲁棒性,仿真结果证明了本文方法的有效性。     

一类模型不确定系统的最优跟踪性能

在内模控制(IMC)结构下，对控制能量存在约束时一类不确定系统所能达到的最优跟踪性能进行了探讨．首先针对一类相加模型误差的描述，定义了一个平均意义上的包含跟踪误差和控制能量的性能指标．然后通过谱分解极小化该性能指标，导出一个最优的控制器设计方法，可以兼顾模型不确定性和控制能量约束，在实际控制系统设计中可用来对最优跟踪性能和控制能量进行预估．     

IMC–PID Design: Analytical Optimization for Performance/Robustness Tradeoff Tuning for Servo/Regulation Mode

This paper addresses the analytical design of a one‐degree‐of‐freedom (1‐DoF) robust proportional–integral–derivative (PID) controller for the servo/regulation mode in line with the enhanced internal model control (IMC) principle based on a first order plus dead time (FOPDT) model. The proposed enhanced IMC–PID can provide acceptable performance both for set‐point tracking and for load disturbance rejection. The design procedure is formulated as a constrained optimization problem, in which the robustness of the system is adequately considered. Therefore, the resulting PID controller gives optimal performance with an exact selected robustness degree. Illustrative examples are given to show the effectiveness and merits of the analytical tuning rules for a wide range of plants.     

一类非自衡对象的典型反馈型PID控制

针对一类非自衡对象,提出了一种基于典型反馈模型的PID控制器(TF-PID);采用全极点型逼近方法对被控对象的时滞环节做近似处理,并在内模控制原理的基础之上导出一种基于典型反馈模型的PID控制器参数整定策略,从而得到PID控制器的整定参数;仿真结果表明,所设计的控制方法具有更优的设定值跟踪性能和干扰抑制性能,并且实现二者分离控制。     

Simultaneous automatic tuning of cascade control systems from closed-loop step response data

This study presents a novel automatic tuning method for cascade control systems in which both primary and secondary controllers are tuned simultaneously using a single closed-loop step test. The proposed technique identifies the required process information with the help of B-spline series representation for the step responses. The two proportional–integral–derivative (PID) controllers are then tuned using an internal model control (IMC) approach. Considering the rationale of cascade control, the secondary controller is designed for faster disturbance attenuation. Without requiring an additional experiment, the primary controller is designed based on an identified process model that accurately accounts for inner loop dynamics. Finally, this study includes robustness considerations in the controller tuning process, and develops explicit guidelines for the selection of the IMC tuning parameters, completing the automatic tuning procedure for cascade control systems. The proposed method is robust to measurement noise because of the filtering property of the B-splines, and can provide superior control performance for both set-point tracking and disturbance rejection. Simulation examples demonstrate the effectiveness of the proposed automatic tuning method.     

IMC-based iterative learning control for batch processes with uncertain time delay

Based on the internal model control (IMC) structure, an iterative learning control (ILC) scheme is proposed for batch processes with model uncertainties including time delay mismatch. An important merit is that the IMC design for the initial run of the proposed control scheme is independent of the subsequent ILC for realization of perfect tracking. Sufficient conditions to guarantee the convergence of ILC are derived. To facilitate the controller design, a unified controller form is proposed for implementation of both IMC and ILC in the proposed control scheme. Robust tuning constraints of the unified controller are derived in terms of the process uncertainties described in a multiplicative form. To deal with process uncertainties, the unified controller can be monotonically tuned to meet the compromise between tracking performance and control system robust stability. Illustrative examples from the recent literature are performed to demonstrate the effectiveness and merits of the proposed control scheme.     

二次型最优的有限拍内模控制器设计

针对生产中常见的时滞系统采用2自由度内模控制结构,使用计算机离散控制理论以及最优控制理论,提出了一种综合考虑控制能量及跟踪误差二次型最优的有限拍内模控制器设计方法;从而可以有效地保证系统在有限个采样周期内以较小能量实现良好的跟踪性能,提高控制的精度;然后使用Matlab仿真工具,选用一时滞系统实例进行最优有限拍控制器设计并在simulink下进行系统仿真,结果表明该设计方法可行,控制性能好,且控制器设计简单,调节参数少,具有良好的应用前景。     

一种IAE指标触发的继电反馈PID参数自校正方法

针对实际工业过程中固定PID参数不能适应系统特征变化的问题,提出了一种在线控制器参数自动校正方法。首先,以内模控制为基础,由系统工作数据估计得到设定值阶跃变化下系统可获得的最优累积绝对误差值(IAE),并以此建立评价当前控制器优劣的性能指标。若性能不满足要求,则触发PID参数校正算法工作,通过引入继电反馈环节使控制回路振荡,获得控制系统临界信息,再根据改进的Z-N规则计算新的PID控制器参数。最后,分别用仿真和实际液位控制系统验证所提方法的有效性。     

一种时滞过程内模PID控制器鲁棒整定方法

针对典型的一阶时滞（FOPTD）、二阶时滞（SOPTD）以及一阶时滞积分（FODI）过程,提出了一种简便的内模PID控制器设计和参数整定方法。 用一阶泰勒级数逼近系统模型的时滞项,导出内模PID控制器参数表达式,且仅有一个可调参数β,该可调参数与系统的动态性能和鲁棒性直接相关。基于控制系统的鲁棒性能指标给出了控制器可调参数β进行鲁棒整定的解析表达式。仿真结果表明,该方法可使系统同时获得良好的设定值跟踪特性、扰动抑制特性和克服参数变化的鲁棒性。        

几种PID控制器设计方法的比较

现代过程工业中PID控制器的使用仍然占据统治地位.文章针对被控对象模型未知的情况,给系统加入白噪声,测得输出数据,通过输入输出数据估计模型阶次与延迟时间,从而得到被控对象模型.仿真结果表明,辨识模型能较好地反映原过程的动态特性.在此基础上,利用内模法、直接综合法及频域法这三种方法进行了PID控制器的设计,同时用随机性能指标和确定性指标对系统性能进行了评价.根据评价结果,对这三种PID控制器设计方法的适用条件给出了一些建议.