基于扰动观测器的内模控制在工业过程中的应用研究.pdf

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1、2011年第1期工业仪表与自动化装置·23·基于扰动观测器的内模控制在工业过程中的应用研究胡晓嵬，王洪超，陈夕松，马允(1．东南大学自动化学院，南京210096；2．淮南联合大学，安徽淮南232038)摘要：介绍了一种工业生产过程中的复合控制方法。该方法结合了内模控制算法和改进的扰动观测器算法，解决了工业生产过程中因扰动导致常规PID控制效果欠佳的问题。理论分析和仿真实验表明，该方法控制效果明显优于常规PID控制，并能有效抑制各种扰动。关键词：扰动观测器；内模控制；复合控制；PID中图分类号：TP273文献标志码：A文章编号：1000—0682(2011)01—0023—03Distu

2、rbanceobserver—basedinternalmodelcontrolstrategyfOrindustrialproductionprocessHUXiaowei，WANGHongchao，CHENXisong，MAYun(1．SchoolofAutomation，SoutheastUniversity，Ⅳnng210096，China；2．HuainanUnionUniversity，AnhuiHuainan232038，China)Abstract：Thispaperintroducesacompoundcontrolstrategyforindustrialprodu

3、ctionprocess，whichcombinestheinternalmodelcontrolanddisturbanceobservertosolvetheproblemthatconventionalPIDcontrolresultsarenotsatisfactoryduetodisturbanceinindustrialprocess．Theoreticalanalysisandexper—imentalsimulationshowthatthecontrolperformanceofthismethodismuchbetterthanthatofthecon—ventio

4、nalPIDcontrol，andthismethodcouldeffectivelyrejecttheexternalandinternaldisturbances．Keywords：disturbanceobserver；internalmodelcontrol；compoundcontrolstrategy；PID被称为内模的过程模型，控制器的设计由过程模型0引言直接求取。IMC作为一种先进的控制算法，其控制对于存在多种内外部扰动的工业过程，PID控效果明显优于传统的PID控制，并且由于在设计上制方法明显存在动态性能差，稳定性和鲁棒性不足考虑了系统的鲁棒性，从而使IMC提高了实用

5、价等问题。针对这些问题，该文提出一种基于扰动值，成为值得推广应用的一类控制器。观测器的内模控制策略，采用内模控制器和改进的D1扰动观测器能有效处理工业过程中的时滞问题。该策略对工业过程控制中的各种扰动有较强的抑制能力1内模控制原理图1内模控制结构内模控制IMC(InternalModelContro1)具有一个图1中：P(S)为实际的被控过程，G(S)为实际过程的数学模型，G(S)为内模控制器，R(S)为设收稿日期：2010—10—14定值扰动，D(S)为外部扰动，Y(S)为过程输出。实基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目际工业生产过程通常包含时滞部分，由于时滞部分(20

6、09AA04Z140)；江苏省基础研究计划(自然科学基金)资助项目是不可逆的，所以理想的G()将无法实现。针(BK2009270)；教育部博士点基金项目资助(200770286040)对这一问题，通常是根据被控过程的特性，将G(S)作者简介：胡晓嵬(1982)，男，硕士，研究方向为控制理论与控制工程。分为G(s)和G一(s)两个部分，即：·24·工业仪表与自动化装置2011年第1期G(s)=G+(S)G一(s)(1)对抗扰动的设计，并且对模型有较强的依赖性，而扰式中：G+(s)包含所有时滞和右半平面的零点，并且动观测器可以有效抑制外部扰动，所以在内模控制G+(S)的静态增益为1。G一(

7、s)是具有最小相位特征器基础上加入扰动观测器，形成基于扰动观测器的的传递函数。内模控制(DIMC)是解决工业生产过程中外部扰动令G(S)=G一(S)f(s)(2)问题的有效方案。／(S)为静态增益是1的低通滤波器，典型形式3．1复合控制方案为：在DOB中处理时滞问题时，将G(s)的最小相1位部分g(s)移动到被控变量回路，时滞部分移到操s)(3)纵变量回路，从而解决时滞部分在DOB中求逆的问式中：A为时间常数，r为G(s)的相对阶次。题。改进的