积分分离型内模控制器的设计与仿真.pdf

w.KIICTIIT.com
自动化与仪器仪表》2014年5期(总第175期
积分分离型内模控制器的设计与仿真
赵文杰,王康成
(华北电力大学自动化系河北保定,071003)
摘要:内模控制器设计简便,调节参数少,是应用于工程实际的一种行之有效的控制器。然而
对于大惯性、大滞后对象及设定值大范围变化的情况,由于在较长时间内存在较大偏差,常规内模控
制中隐含的积分调节作用,会导致调节过程存在较大的超调。基于积分分离的设计思想,本文提出了
ー种积分分离型内模控制器的设计方法,针对典型的二阶惯性加纯滞后对象进行了仿真研究,结果表
明了所提出控制方法具有更好的控制效果。
关键词:PID;内模控制;积分分离;调节;仿真
Abstract: As one of the effective controller, the internal model controller, which is simple to design and
has few parameters to adjust, is being applied into practice. However, for objects with large inertia and signif
cant delay, coupled with the conditions whose set point varies in great ranges, as there is a large deviation dur-
ing a long time, implicit role in the conventional internal model control is the integral regulation, which can
cause large overshoot in the regulation process. Based on the integral separations design ideas, this paper pro
poses a design method of an internal model controller with integral separation, the design method was verified
by designing an internal model controller for typical second-order inertia plus time-delay object in the industry
process, the simulation results show that the proposed control method has better control effect
Key words PID; Internal model control; Integral separation; Regulation; Simulation
中图分类号:TP391.9文献标识码:A文章编号:1001~-9227(2014)05-0097-03
引言
系统品质,现有文献の中积分分离主要应用于常
1982年 Garcia和M. Moraril叫完整地提出并发展了规PID的设计。基于积分分离的设计思想,针对工
内模控制策略,内模控制( Intemal Model Control,业控制中典型的二阶惯性加纯滞后对象,本文进行
IMC)具有结构筒单、参数整定直观明了和在线调了基于该类对象的积分分离型内模控制器的设计与
整容易等优点,在实际生产中取得了广泛的应用,仿真,仿真结果表明,在内模控制的基础上增加积
已有文献多运用内模控制常规设计方法,通过调分分离的功能,能够在保证系统跟踪快速性的前提
节滤波器时间常数,获得需要的动静态特性,设计下,有效抑制调节过程中出现的超调量,更好地满
过程和参数整定相较于常规PD控制器都大大简化。足实际控制的动静态特性要求。
然而在工业控制领域,对于大惯性、大滞后对
象及设定值大范围变化的情况,常规内模控制中隐
常规MC设计
含的积分调节作用会导致控制量超过执行机构的范
常规内模控制结构如图1所示,其中,P()为被
围,甚至引起系统较大的振荡,这在生产过程中是控过程,M(S)为被控过程的数学模型,即內部模
绝对不允许的?。
型,()为内模控制器,、y、z和d分别为控制系
在常规PID控制算法中,当被控对象启动、结统的输入、输出、反馈和干扰信号,D(S)表示扰动
東或大幅度增减给定值时,为了在系统偏差较大时对输出的影响,控制目标是保持y逼近参考值(设
减弱或消除积分作用,常采用积分分离的方法提高定值)r。为求取输入r与过程输出y之间的传递
函数,先将图1进行方框图化简得到如图2所示的等
收稿日期:2014-03-27
价结构,图中虚线框住部分为反馈控制器C(s)。