具有参数不确定性线性系统的IMC-PID控制器设计
控制系统控制品质的好坏直接决定了生产品质和效益，而工业过程控制中百分之九十以上的控制器仍是PID控制器。于是，PID控制器参数整定一直以来是工程应用和理论研究的核心问题之一。众多PID整定法中，IMC-PID控制器参数整定方法脱颖而出，越来越广受工业控制过程的青睐。原因在于，基于IMC的PID控制器对模型要求较低，甚至在高阶低阶、不稳定或非线性等情况下，它都能获得有效的控制品质。而且IMC-PID仅有一个整定参数，该参数调整与系统动态品质和鲁棒性的关系比较明确，从而无需繁杂的整定就可以使系统同时具有较好的稳定性和鲁棒性。 由于需要确切的先验知识或工艺参数的有效估计，传统的确定性优化方法无法处理具有参数不确定性的线性控制系统的PID控制器设计和最优性能问题。于是，本文采用创新的内模控制原理来设计相应的PID控制器，成功处理了线性时滞系统的参数不确定性。期间，我们重点探讨了内模PID控制的两个基本问题:参数整定和性能指标优化。 本文主要研究基于内模原理的PID(IMC-PID)控制及其在具有参数不确定性的FOPDT过程中的应用，其核心设计理念是借鉴在IMC-PID整定中常用的麦克劳林展开式和一阶泰勒近似，巧妙采用类似的近似法获得IMC-PID控制器整定规则，通过整定唯一的滤波器参数，寻找使系统同时满足良好稳定性和鲁棒性能的滤波器时间常数，将这种整定方法分别应用于仅考虑单参数不确定性（时延）和多参数不确定性（时延和时间常数）的一阶加纯滞后系统，继而分别从概率和拟合的角度寻求和最小化IAE和ISE性能指标。详细的设计步骤中，本文还给出了IMC-PID控制器的滤波器参数的选取原则及基于此的性能指标优化定理。最后，通过数值实例与传统的最优性能的PID整定方法进行分析比较，效果令人满意，证明了本文提出的IMC-PID控制器参数整定和性能优化方法具有较为显著的可行性和优越性。
PID控制器;系统设计;线性时滞系统;参数整定
厦门大学
硕士
控制理论与控制工程
黄春庆
2015
中文
TP273
65
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）