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方形系统多变量内模控制方法的研究

作　者: 林光辉
导　师: 靳其兵
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 内模控制方形多变量系统时滞系统多变量解耦模糊
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 82次
引　用: 3次
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内容摘要

作为一种异军突起的先进控制方法,在过程控制领域内模控制受到的关注越来越多,特别是在化工生产领域里的应用越来越广泛。在对多变量系统的控制中,内模控制相比较传统的PID控制具有明显的优势,其能有效弥补PID控制难以达到最优的弱点。控制器设计计算量小、响应迅速、在对象模型失配的情况下仍有比较强的鲁棒特性、结构简单、设计方便、设定值跟踪特性好、能有效抑制过程扰动、鲁棒性能设计方便等等都是内模控制的优势。以单变量不稳定时滞系统与多变量方形时滞系统的内模控制为例,讨论了内模控制器的设计方法。为了发挥各先进控制策略的的优势,本文还讨论了内模控制与模糊控制、常规PID控制、自适应逆控制等控制方法的结合。对IMC控制的基本思想、基本结构、特性和IMC控制器的两步设计法进行了研究和讨论。以一种改进的多自由度内模控制结构,对一类不稳定时滞对象进行了内模控制器的设计。在传统内模控制结构中,新增了两个控制器,亦即三控制器的结构方案。改善了经典控制系统中,往往只注重设定值跟踪而忽略了扰动抑制的问题。在镇定不稳定对象的基础上,设定值响应和扰动响应完全分开,消除了两控制性能的耦合。分别调整3个控制器的参数,可以获得更优的设定值跟踪和扰动抑制性能,同时保证了系统的稳定性。针对方形多变量时滞系统,对四种内模控制方法进行了研究：1.主回路多变量内模控制器设计法；2.多变量解耦补偿内模控制,其是基于模型降阶的方法；3.多变量系统解耦控制一体化内模控制法；4.模糊-内模控制方法。为了设计内模控制器和解耦补偿器,先由NLJ随机搜索算法对对象模型进行降阶。为了在多种的控制方法间互相的借鉴长处,把内模控制和其他的先进控制法相结合,从何更好的发挥内模控制的优势,是今后内模控制研究的一个热点。内模控制与传统PID控制相结合而成的IMC-PID控制方法就很好的保留的PID控制的实用性,而且发挥了内模控制的优点,并且由于PID控制是目前工业控制方法的主流而得到广泛的应用。本论文的最后一章节阐述了内模-PID控制在化工成产实际中的应用。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-18
  1.1 论文选题的背景和意义  14-15
  1.2 内模控制的研究状况  15-16
    1.2.1 内模控制的历史和发展  15
    1.2.2 内模控制与其他控制方法的结合  15-16
  1.3 本论文的主要工作  16-18
第二章内模控制原理  18-32
  2.1 引言  18
  2.2 传统的内模控制结构  18-19
  2.3 内模控制的基本性质  19-20
  2.4 传统内模控制器的两步设计法  20-21
  2.5 内模控制的稳定性分析  21-24
    2.5.1 IMC稳态性能分析  21-22
    2.5.2 IMC系统鲁棒性能分析  22-24
  2.6 改进的二自由度内模控制结构  24-29
    2.6.1 控制器设计  26-29
    2.6.2 鲁棒稳定性分析  29
  2.7 仿真分析  29-31
  2.8 小结  31-32
第三章方形多变量系统解耦分析  32-42
  3.1 引言  32-33
  3.2 方形多变量系统的定义与特点  33-35
    3.2.1 多变量对象模型  33
    3.2.2 相对增益矩阵  33-35
  3.3 方形多变量系统的解耦  35-40
    3.3.1 耦合系统稳定性分析  36-38
    3.3.2 利用变量配对减少耦合  38
    3.3.3 理想解耦  38-40
  3.4 小结  40-42
第四章方形多变量系统的内模控制研究  42-66
  4.1 引言  42
  4.2 主回路多变量内模控制器设计  42-46
    4.2.1 主回路内模控制系统设计原理  42-43
    4.2.2 仿真实验  43-46
  4.3 基于模型降阶的多变量解耦补偿内模控制  46-55
    4.3.1 解耦补偿内模控制器设计步骤  46-47
    4.3.2 解耦补偿器的设计  47-51
    4.3.3 仿真实验  51-55
  4.4 控制解耦一体化多变量内模控制  55-58
    4.4.1 结构分析  55
    4.4.2 内模控制器设计方法  55-56
    4.4.3 仿真实验  56-58
  4.5 多变量时滞系统解耦模糊内模控制  58-63
    4.5.1 系统分析  58-60
    4.5.2 模糊控制器设计  60-61
    4.5.3 仿真实验  61-63
  4.6 小结  63-66
第五章内模-PID控制在工业中的应用  66-74
  5.1 引言  66
  5.2 8万吨乙二醇生产装置简介  66-67
  5.3 课题研究目标及内容  67
  5.4 IMC-PID在燕山石化8万吨乙二醇生产装置中的应用  67-72
    5.4.1 项目实施以前装置存在的问题  67-68
    5.4.2 实施步骤  68
    5.4.3 项目实施前后主要回路效果对比  68-72
  5.5 效益与结论  72-74
第六章总结与展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-82
研究成果及发表的学术论文  82-84
作者和导师简介  84-85
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  85-86

方形系统多变量内模控制方法的研究

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