自动化过程控制课程课件Smith预估控制与内模控制 1.ppt

实际内模控制器 设为希望的闭环函数 使分母的阶次不小于 分子的阶次 当模型没有误差时， 当D(s)=0时， 滤波器f与系统闭环性能具有非常直接的关系 主要内容 问题引出 Smith 纯滞后补偿器 改进Smith 补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真 内模控制仿真1 内模控制仿真1（续） 内模控制仿真2 内模控制仿真2（续） Tf ＝ 1 Tf ＝ 4 Tf ＝ 10 Tf ＝ 20 滤波器f时间常数Tf的选择 Tf影响系统的响应速度 Tf越小，输出对输入跟踪越快；反之，则较慢 Tf影响系统的鲁棒性 Tf越大，系统的鲁棒性越好；反之，则变差 Tf折中选择，或者使得GIMC的高频增益与其低频增益之比要≤20 内模控制实现问题 （1）一阶纯滞后过程 内模控制实现问题 （2）高阶纯滞后过程（无右半平面零点） r为N(s)与M(s)的阶次差 内模控制实现问题 内模控制实现问题 （3）高阶纯滞后过程（有右半平面零点， 特殊情况） r为N(s)与M(s)的阶次差 M3(s)是M2(s)关于虚轴的镜像 右半平面零点 内模控制实现问题 内模控制实现问题 完全的内模控制结构 * 对象1：P——1.1，I——1.1/20 对象2：P——2.25，I——2.25/13.2 * 能改善对噪声的抑止，因为闭环传递函数发生变化。 * 能改善对噪声的抑止，因为闭环传递函数发生变化。 * * * * * 参见仿真库/DelayControl/IMCControl1.mdl 过程控制工程第九讲 Smith预估控制与内模控制 第九讲 主要内容 问题引出 Smith 补偿器 改进Smith 补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真 常规 PID 控制系统 case1： case2： 比例积分控制器 会发生什么情况？ 常规PID控制仿真 case1： case2： 怎么办？ 主要内容 问题引出 Smith 纯滞后补偿器 改进Smith 补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真 Smith预估控制器 ＋ ＋ ＋ － ＋ ＋ ＋ － Smith预估补偿原理 关键是内部模型！ ＋ ＋ ＋ － + + + + + - Smith预估补偿原理 + + + + + - Smith预估补偿器 + + + + + - + + + + + - + + + + + - Smith预估补偿器 Smith预估控制器 + + - + + - + + PID控制器 单回路与Smith控制的对比仿真 仿真：模型一致的情况 Kc= 1.1 Ti = 20 Kc= 10 Ti = 1 单回路PID Smith预估 对比仿真（续） 仿真：模型不一致的情况 模型无偏差 模型有偏差 主要内容 问题引出 Smith 纯滞后补偿器 改进Smith 补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真 改进的Smith预估控制器 + + + + + - 理想Smith预估器 改进Smith预估器 性能 稳定性优于原方案 对模型精度要求降低 PI调节器按模型完全正确去整定 整定Tf 主要内容 问题引出 Smith 纯滞后补偿器 改进Smith 补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真 基本内模控制结构 内模控制器 不是PID控制器 如何构成的？ 内模控制器 情况I ：[R(s) = 0, D(s) = 幅值为1的阶跃干扰 ] 内模控制器 情况II ：[D(s) = 0, R(s) ≠ 0] 内模控制的闭环传递函数 由基本的内模控制结构图，可得： 主要内容 问题引出 Smith 纯滞后补偿器 改进Smith 补偿器 内模控制的结构 实际内模控制器 内模控制仿真 实际内模控制器 控制器是内模的逆！ 是否可以实现？ 纯超前环节 分子阶次比分母高 结论：理想控制器不可实现！ 实际内模控制器 控制器是内模的逆！ 是否可以实现？ 如果为负， 不稳定控制器 分子阶次比分母高 结论：理想控制器不可实现！ 用计算机很容易实现！ 实际内模控制器 根据以上的结论，我们来设计实际的内模控制器。 首先将内部模型分为静态部分和动态部分： 控制器动态近似为模型动态的逆！ 如何实现近似？ 实际的内模控制器由过程模型除去不可逆部分后剩余部分的逆构成，即 实际内模控制器 将模型的动态部分进行因式分解： 不可逆部分，包括所有的纯滞后和右半平面零点 可逆部分，剩余的环节 带稳定零点或极点，以及带不稳定零点及纯时滞的两部分： 实际内模控制器 分子阶次比分母高 怎么办？ 加入一个静态增益为1的低通滤波器f * 对象1：P——1.1，I——1.1/20 对象2：P——2.25，I——2.25/13.2 * 能改善对噪声的抑止，因为闭环传递函数发生变化。