原创《一阶时滞系统内模控制的优化分析》：关于免费时滞论文范文在这里免费下载与阅读,为您的时滞相关论文写作提供资料。
摘 要：基于IMC-PID原理,采取实际应用的PID模型,实现了理论算式与工程实际的结合.对不同时滞程度的一阶系统进行参数整定,确定了λ的取值范围.利用NCD解决了大量计算问题,为参数优化提供了有效途径.通过设计举例,显示出系统具有良好的控制性能.再经过一般性分析,得出了内模控制的一般规律,以供工程设计参考.
关键词：一阶时滞；IMC-PID；NCD；参数整定
中图分类号：TP214 文献标志码：A文章编号：1672-1098（2016）01-0070-05
Abstract：Based on the IMC-PID principle, by using the practical PID model, the combination of theoretical calculation and practical engineering was realized. Through the different degree of first order delay system parameter setting, the value range of lambda is determined. By utilizing the NCD, a large amount of calculation can be performed, which provides an effective way for the parameter optimization. By giving a concrete example, the system showed good control performance. And after a general analysis, the general rule of the internal model control was obtained, which provides a reference to engineering design.
Key words： first-order plus dead-time； IMC-PID； NCD； parameter setting
一阶时滞系统普遍存在于过程控制当中,对于时滞程度较大的系统,单纯采用经典PID控制,其参数很难整定；最经典的控制方式有Simth预估控制法,但该方法对模型误差和滞后时间较敏感,而系统的动态过程和干扰使被控对象的实际模型很难精确.1982年,文献[1]提出的内模控制（Internal Model Control,IMC）,继承了Simth预估法的优点,并对模型失配有一定的鲁棒性,经过多年的发展,理论比较成熟,出现了针对PID控制器设计的IMC-PID方法,且得到了广泛应用,例如：基于分数阶IMC-PID的锅炉蒸汽温度控制[2].PID参数整定方法很多,对存在时变特性和严重不确定性的系统,采用ISTE最优参数整定法和鲁棒PID参数整定法较好[3],一般时滞系统可采用ISTE准则.非线性控制器优化设计（NCD）模块基于ITSE准则,采用单纯形法寻优,具有良好的收敛性[4]30.本文考虑理论的实际应用,从IMC-PID基本原理出发,充分利用参数优化软件的强大计算功能,建立起一阶时滞系统控制模型,并进行深入分析和研究.
1PID控制器模型设计
传统反馈控制系统即PID控制系统,是由比例（P）、积分（I）和微分（D）三部分组成的.在模拟控制系统中,理想PID的数学模型为
u（t）等于kpe+ki∫edt+kddedt （1）
式中：e为偏差；kp,ki,kd均为系数；u（t）为PID校正输出.
由于理想PID控制器存在以下不足：①其阶跃响应曲线初始值趋向无穷大,不利于实际应用；②在实践中,纯微分环节无法物理实现,并容易引入高频干扰；③积分会增大超调量,不利于系统稳定.故应采取必要措施[5],如在积分环节后增加饱和限幅器,采取在反馈通道中加积分的方式构成准微分环节,具体设计模型如图1所示.在线性控制范围内,实际应用的PID控制器传递函数为
2IMC-PID控制器参数的扩展整定
内模控制（IMC）的设计思路是将对象模型与实际对象并联,而将内模控制器逼近对象模型的动态逆,在此基础上,文献[6]则对内模控制规律的算法进行了扩展.内模控制与传统反馈控制（即PID控制）的关系如图2所示,再考虑干扰,由图2可得等效内模控制结构（见图3）[7].其中,P（s）为对象传递函数,M（s）为对象模型传递函数,C（s）为传统反馈控制器传递函数,IMC（s）为内模控制器传递函数.当M（s）等于P（s）时,称模型匹配,否则为模型失配.
M（s）等于M+（s）·M-（s） （3）
式中：M+（s）为包含s右半平面所有零极点和纯滞后环节的部分,剩下部分为M-（s）.
IMC（s）等于M-1-（s）·f （4）
式中：f为低通滤波器.
其滤波系数的整定应考虑在系统鲁棒稳定性和性能指标ISE之间合理协调[8],采取方式为
|f（jω）|≤1lm（ω）<1l（ω）=
M（jω）M（jω）-P（jω）ω （5）
式中：l（ω）为模型失配引入的误差；lm（ω）为模型失配引入的误差上限.
C（s）等于M-1-（s）·f1-M+（s）·f （6）
对于一阶时滞P（s）等于KTs+1·e-τs,取f等于1λs+1,当λ足够大时,满足式（5）.将e-τs用一阶Pade逼近公式近似,可得近似的对象模型为
M（s）等于M+（s）·M-（s）1-05τs1+05τs·KTs+1 （7）
将之代入式（6）,可得：
时滞论文参考资料：
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