基于Ｐａｄｅ近似一般形式的ＩＭＣＰＩＤ控制器设计

2012年03月07日16:09:08 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

关键字：应用

薛美盛，白东进，王　川
中国科学技术大学自动化系，安徽合肥

摘　　　要：内模控制方法因具有诸多优点而引起了业界的广泛关注，但难以在ＤＣＳ中直接实现，现有的ＩＭＣＰＩＤ设计方法存在着只针对特定模型才能设计或通用设计但近似程度偏低的问题，提出了一种新的ＩＭＣＰＩＤ控制器设计方法，采用一般形式的Ｐａｄｅ多项式逼近ＩＭＣＰＩＤ转化过程中出现的复杂项，然后对照该Ｐａｄｅ多项式和ＰＩＤ控制器表达式设计ＰＩＤ控制器参数。该方法广泛适用于各种单变量对象，也能够毫无修改地应用于多变量系统的ＩＭＣＰＩＤ控制器参数设计。与基于Ｍａｃｌａｕｒｉｎ展式的ＩＭＣＰＩＤ设计方法相比，该方法提供了具有更强理论依据的微分滤波时间常数计算式，能够获得与内模策略更为接近的控制效果。

关　键　词：Ｐａｄｅ近似；内模控制；ＰＩＤ控制器；多变量系统

１　引　言
由Ｃａｒｉｃｉａ和Ｍｏｒａｒｉ在１９８２年提出的内模控制［１］（ＩｎｔｅｒｎａｌＭｏｄｅｌＣｏｎｔｒｏｌ，ＩＭＣ）具有对模型精度要求低、鲁棒性强，能够消除不可测干扰的影响等特点。但是内模控制器在普通ＤＣＳ中难以实现。考虑到内模控制结构与普通ＰＩＤ反馈控制结构的等价性，可先设计内模控制器，然后通过内模控制器与ＰＩＤ控制器的转换关系得到普通ＰＩＤ控制器，这种方法称之为基于内模控制的ＰＩＤ方法（ＩＭＣＰＩＤ）。ＩＭＣＰＩＤ设计问题的研究已有二十多年的历史，已有方法或采用多项式逼近时滞项，针对特定的低阶模型进行设计；或基于复杂项的Ｍａｃｌａｕｒｉｎ展开式近似设计ＰＩＤ控制器。前者仅针对单变量对象的特定低阶模型进行设计；后者虽可以用于多变量ＩＭＣＰＩＤ设计但设计精度不够。本文首先讨论内模控制与反馈控制结构的等价性，得到ＩＭＣＰＩＤ控制器解析设计依据；其次利用Ｐａｄｅ近似的一般形式逼近复杂环节，推导出了一种新的ＩＭＣＰＩＤ控制器解析设计方法，并讨论其与基于Ｍａｃｌａｕｒｉｎ展式方法的区别；然后通过仿真实例验证了新方法的性能；较后对本文工作作了总结。

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