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多变量内模PID控制算法的研究

黄文兵  
【摘要】: PID控制在工业现场有着广泛的应用,但随着过程越来越复杂,过程时滞以及过程之间的耦合影响的存在,PID控制已经不能满足工业控制要求。内模控制(Internal Model Control)是一种基于模型的先进控制技术,其设计方法简便,鲁棒性强,对大时滞等过程具有很好的控制效果,特别是在模型失配时也具有很好的控制效果。如果能把内模控制和PID控制结合起来,那么既可以满足复杂过程的控制要求,有能很好的应用于工业现场。本文主要分析研究了多变量内模PID控制算法,主要研究内容及取得的成果如下: 1、介绍了单变量内模控制技术及内模控制器的设计方法,分析并比较了时滞的几种近似方法。介绍了两种IMC-PID整定方法,针对一阶时滞过程和二阶时滞过程分别推导了最终的IMC-PID参数表达式,并作了相应的仿真比较;介绍了遗传算法,并针对具体过程进行了内模控制器参数优化仿真; 2、介绍了多变量控制系统理论;针对多变量系统变量之间存在耦合的特点,介绍了三种计算相对增益矩阵的方法;分别介绍了过程解耦和控制器解耦等几种解耦方法,并作了相应的仿真比较,多变量内模控制器分别用遗传算法进行了参数寻优; 3、在模型严重失配的情况下,设计的解耦器往往不能很好的对多变量系统进行解耦。本文针对一种普通解耦器模型失配时的整定算法做出了改进,应用到内模解耦控制器中,并在开环条件和闭环条件下做了具体的整定仿真。


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