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多变量系统的耦合分析及其内模控制

王涵睿  
【摘要】:伴随着科学技术的日新月异的发展,工业生产的过程也同样向着更加高效化,更加安全化的方向发展。同时,人们对工业产品的质量要求也逐渐升高。因此,先进控制技术在工业控制背景下的研究就变得十分重要。而多变量系统大量存在于实际的工业过程中。因此,研究多变量系统的控制技术,以及研究先进控制技术在多变量系统中的应用就变得极其的重要。内模控制,Internal Model Control,简称IMC,由于其具有结构简单,且有较好的鲁棒性,同时调节的参数等优良特点,在控制界有很广泛的关注度。因此,研究IMC对多变量系统的控制有着很重要的意义。本文针对多变量系统为对象,首先提出了一种耦合分析方法,并结合这种分析方法多变量系统设计内模控制器,最后进行仿真验证。本论文主要完成的工作有如下几点:(1)首先对本文所用的内模控制的基础知识进行介绍和基本论述,包括内模控制原理,及其性质和内模控制器的设计方法;而后对多变量系统的基本知识进行介绍,包括经典的几种回路匹配方法,和等效传递函数的设计方法。(2)针对前人所提出的耦合分析方法的不足,提出了一种全新的耦合分析方法,基于比值的耦合分析方法。该方法主要利用单位阶跃响应下,闭环响应和开环响应的比值来确定系统的耦合度,其中闭环响应利用改进的等效传递函数来获得,而后在给出定义式后在给出相对简单的计算式,同时,根据由于系统不同的特殊情况,即主要根据开环滞后时间和闭环滞后时间的不同,其中包括系统初期开环单位阶跃响应和闭环单位阶跃响应相等情况下的简化算法,以及在开环单位阶跃响应为零的情况下,该指标的计算处理方法。然后给出其计算流程图,然后进行仿真验证。(3)首先对给出等效传递函数进行降阶,然后根据其模型设计内模控制器,同时,为保证计算等效函数或降阶过程中出现的误差而引起的系统余差,在原有的内模控制器基础上增加增益来消除可能引起的余差。而后结合上文所提出的耦合分析方法进行仿真验证,结果表明取得了很好的控制效果。


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