方形系统多变量内模控制方法的研究

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1论文选题的背景和意义

1.2内模控制的研究状况

1.2.1内模控制的历史和发展

1.2.2内模控制与其他控制方法的结合

1.3本论文的主要工作

第二章内模控制原理

2.1引言

2.2传统的内模控制结构

2.3内模控制的基本性质

2.4传统内模控制器的两步设计法

2.5内模控制的稳定性分析

2.5.1 IMC稳态性能分析

2.5.2 IMC系统鲁棒性能分析

2.6改进的二自由度内模控制器设计

2.6.1控制器设计

2.6.2鲁棒稳定性分析

2.7仿真分析

2.10小结

第三章方形多变量系统解耦分析

3.1引言

3.2方形多变量系统的定义与特点

3.2.1多变量对象模型

3.2.2相对增益矩阵

3.3方形多变量系统的解耦

3.3.1耦合系统稳定性分析

3.3.2利用变量配对减少耦合

3.3.3理想解耦

3.4小结

第四章方形多变量系统的内模控制研究

4.1引言

4.2主回路多变量内模控制器设计

4.2.1主回路内模控制系统设计原理

4.2.2仿真实验

4.3基于模型降阶的多变量解耦补偿内模控制

4.3.1解耦补偿内模控制器设计步骤

4.3.2解耦补偿器的设计

4.3.3仿真实验

4.4控制解耦一体化多变量内模控制

4.4.1结构分析

4.4.2内模控制器设计方法

4.4.3仿真实验

4.5多变量时滞系统解耦模糊内模控制

4.5.1系统结构分析

4.5.2模糊控制器的设计

4.5.3仿真实验

4.6小结

第五章内模-PID控制在工业中的应用

5.1引言

5.2 万吨乙二醇生产装置工艺简介

5.3课题研究目标及内容

5.4 IMC-PID在燕山石化8万吨乙二醇生产装置中的应用

5.4.1项目实施以前装置存在的问题

5.4.2实施步骤

5.4.3项目实施前后主要回路效果对比

5.5效益与结论

第七章总结与展望

参考文献

致 谢

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