多变量解耦内模控制器的设计

针对一般多变量解耦控制器将解耦与控制器分别设计所造成的误差问题,提出将内模解耦与控制器一起设计的多变量解耦内膜控制器设计方法.该方法让控制器同时扮演解耦补偿器和内模控制器的角色.首先通过解耦分析和稳态误差分析,使得控制器的设计过程不需要对模型进行降阶就可达到理想的控制效果,再详细推导控制器的设计,得到控制器设计的一般通式,保证了控制器的物理实现,同时增强了系统的鲁棒性.仿真结果表明,该控制器较一般的解耦控制器鲁棒性好,设计简单,是消除多变量系统的解耦过程与控制器设计之间误差的一种可行方法,且该方法已在燕山石化常减压项目得到应用,效果非常好.     

基于逆向解耦的BTU协调系统内模控制设计

针对火电单元机组协调系统的多变量强耦合特点,提出一种基于内模控制器与解耦器一体化思想的内模解耦控制方法.区别于一般的多变量内模控制,将解耦技术与内模控制相结合,同时具有解耦器和内模控制器的特性.首先根据相对增益系数矩阵选择控制主通道,然后通过基于逆向解耦的原理设计控制器,其计算过程简单并且适用于高阶对象.最后以300MW单元机组为控制对象,在MATLAB/SIMULINK环境下,仿真并验证了控制器在不同工况下均可以实现较好的控制品质,具有较强的鲁棒性.     

一类非线性多变量对象的解耦内模控制

针对化工行业中常见的多变量非线性问题,提出了基于全局多模型的解耦内模控制方案。将非线性对象在工作区域的顶点线性化得到线性化模型,内部模型采用其加权形式,再用每个顶点模型求局部解耦控制器,最后加权得到全局控制器。与分散控制方案相对比,只需少数几个局部线性化模型就可设计解耦控制器,计算量小,并且实现了系统的解耦,有更好的实用性。仿真结果证明了该设计方法的可行性及其优点。     

低阶鲁棒解耦控制器设计

提出了一种低阶鲁棒解耦控制器设计方法,能妥善处理多变量反馈系统的耦合性和方 向性.整个设计过程分两步完成:先将闭环系统的鲁棒性能要求转化为关于控制器参数的约束, 然后设计控制器逼近约束条件,最终得到低阶控制器.仿真结果表明,基于本方法的控制器,其 鲁棒性能接近μ-最优控制器,而远优于内模控制器.     

多变量时滞过程二自由度Smith预估控制方法

针对工业系统中普遍存在的多变量时滞过程,提出了一种二自由度Smith预估控制的方法。通过在被控过程前串联反向解耦矩阵,实现标称系统的完全解耦。在此基础上,运用Dahlin控制算法和内模控制方法,对解耦后的过程分别设计了设定值跟随控制器和干扰抑制控制器,并基于最大灵敏度实现了干扰抑制控制器参数的鲁棒整定。仿真结果表明:该方法设计简单、整定方便,而且具有良好的跟踪特性、抗干扰特性和鲁棒性。     

乙烯裂解炉炉管出口温度控制系统设计及应用

乙烯裂解炉炉管出口温度控制系统中存在着多变量耦合情况,导致在实际生产中很难实现对各组炉管温度的精确控制.针对这种情况,本文提出了一种基于可逆解耦策略和内模PID控制原理的多变量控制系统设计方案.文中首先介绍乙烯裂解炉的结构,并对其工作原理和生产的工艺流程作了简单说明;其次根据现场得到的数据并进行滤波,去趋势项等处理,运用预报误差算法(PEM)进行系统辨识,建立了过程的多变量输入输出模型;再次,介绍了可逆解耦方法的基本原理和实现过程,并针对辨识得到的模型,采用该方法设计系统的解耦环节.它可以避免采用传统解耦方法时的复杂运算过程,能够较为快捷地得到解耦参数矩阵.最后,针对解耦后的被控系统设计控制器.由于内模控制具有结构简单,控制性能良好等特点,本文中采用内模控制原理设计带滤波器形式的PID控制器,并给出了滤波系数等相关参数值.同时,对模型存在失配的情况和模型匹配时采用传统单回路控制策略的情况,以及不对系统解耦而直接设计PID控制器进行控制的情况分别进行仿真,并比较了仿真结果.分析表明,系统解耦后,对其控制时的静态误差消除时间大大缩短,动态性能得到改善,从而实现了对裂解炉炉管出口温度快速准确控制的要求,说明了该方案的有效性.     

一种多变量系统的内模解耦控制设计方法

针对多变量强耦合的被控系统，提出了一种简化的内模解耦控制设计方法。其宗旨是首先根据对象的名义模型，设计常数阵预补偿器，对其进行对角优势化，进而利用补偿后的主对角线元素作为内模控制设计的内部模型，并基于此内部模型设计多通道内模控制器，同时设计了对角形滤波器。对某加热炉温度控制系统的仿真研究结果表明了该方法的有效性，控制系统具有很好的解耦能力和较强的鲁棒性。算法简单，易于实现，具有较好的工程应用价值。     

多变量非方系统解耦问题的研究

多变量非方系统不仅具有多耦合性,还具有结构上的复杂性,即输入输出不等。针对工业过程中经常遇到的非方系统的解耦问题,结合内模控制理论,采用矩阵论中的广义逆方法设计解耦控制器。通过采用将原系统求广义逆以后产生的不稳定极点分离出来的方法来保证系统的内部稳定性。最后通过设计滤波器来保证系统的正则性和动态性能。仿真结果表明,该方法不仅跟踪迅速,动态性能良好,并且实现了系统的完全解耦。     

内模控制研究进展

内模控制由于其本质鲁棒性的优势,被广泛应用于工程实际中.系统地评述了内模控制系统中控制器设计、滤波器改进、两自由度结构、单变量内模控制、多变量解耦内模控制等问题此外,内模控制与其他先进控制策略的结合是提升内模控制效果的重要途径,详细介绍了内模控制与预测控制、神经网络、模糊控制、自适应控制、最优控制等先进控制策略的结合,...     

多变量时滞非方系统的分数阶Smith预估控制

针对多变量时滞非方系统,提出一种基于反向解耦的分数阶Smith预估控制方法.首先,将反向解耦方法推广应用于$m\times n$非方系统中,给出非方解耦矩阵的设计方法,同时为了保证解耦矩阵的稳定正则,给出其实现的必要条件以及条件不满足时的补偿方法;然后,针对解耦后的各个单回路系统设计分数阶Smith预估控制器,根据内模控制与Smith预估控制结构上的等价关系简化控制器的设计,克服时滞环节对系统性能的影响,并且基于最大灵敏度推导出一种控制器参数解析整定方法;最后,通过典型的Shell标准控制问题对所提出方法进行验证.仿真结果表明,反向解耦方法设计简单易于实现,能达到系统完全解耦,控制器参数较少,整定方便,并且具有良好的跟踪能力、抗干扰性和鲁棒性.     

基于解耦的板形板厚系统鲁棒控制策略

针对多变量系统中前馈解耦效果依赖于系统模型的问题,提出了一种基于前馈解耦的鲁棒控制策略来保证系统参数变化时的解耦效果.针对连续轧制过程中强耦合的板形板厚系统,首先依据经验数学模型设计前馈解耦器,然后对消除耦合影响后的多变量系统设计鲁棒控制器,用多变量鲁棒控制抑制破坏解耦效果的各种不确定性因素的影响.针对实际系统中可能存在的干扰信号进行了抗干扰能力实验,针对系统参数可能存在的不确定性进行了抗参数摄动实验;仿真结果显示了良好的解耦效果,这也说明了该控制策略的有效性.     

一类实际工程问题的解耦PID控制器设计

解耦一直是控制系统中比较难解决的实际问题,为了消除控制系统中耦合的成分,从一个实际的模型出发,通过建立系统模型的传递函数,利用多变量频率设计理论中静态解耦的思想,产生一个解耦器,从而消除系统中耦合的成分,使系统变成两个单输入单输出的模型,然后在此模型基础上,设计出一个解耦的PID控制器.仿真结果验证了该解耦器能够减少系统中耦合的成分,达到解耦的目的.该方法简单实用,可以推广到许多实际的耦合系统中.     

并网逆变器逆系统自学习滑模抗扰控制

针对三相并网逆变器模型的多变量、非线性、强耦合等特点,采用开关函数法建立其开关周期平均模型,在此模型的基础上采用逆系统方法实现反馈线性化和解耦控制,对伪线性系统设计自适应滑模抗扰控制器,使用非线性光滑函数设计扩张状态观测器以实现内部建模误差与外部扰动的扩张状态估计,并将非线性扩张状态观测器和跟踪微分器与自学习滑模控制器结合使用.仿真结果表明,该方法具有响应速度快、控制精度高、抗扰能力强的特性,在并网逆变器中具有较大应用价值.     

基于LESO的MMC-RPC反馈线性化直接功率控制

模块化多电平铁路功率调节器作为一个耦合的多变量非线性系统, 传统PI控制的直接功率控制难以实现 对系统的精确解耦. 本文提出了一种基于线性扩张状态观测器的反馈线性化直接功率控制方法, 根据Lie导数构建 了模块化多电平铁路功率调节器(MMC-RPC)两输入/两输出功率仿射模型, 设计了精确反馈线性化功率解耦控制 器. 针对不确定因素等扰动对精确反馈线性化控制效果的影响, 设计了线性扩张状态观测器对扰动进行观测和补 偿, 实现了功率的精确跟踪控制. 最后, 通过MATLAB/Simulink平台搭建仿真模型对所提控制方法进行了验证.     

双输入双输出时滞过程解耦Smith 控制

针对实际工业过程控制中常见的双输入双输出时滞过程,提出基于Smith预估补偿控制的反向解耦控制器设计方法。通过对系统解耦后的对象采用内模控制思想设计Smith预估控制器,并讨论控制系统对象为一阶加纯滞后（FOPDT）模型下其控制器的实现方法和系统鲁棒稳定性分析。结合实际过程中的模型实例,该解耦控制方案使得系统各路输出响应完全解耦并具有较好的标称性能和鲁棒性。仿真实例验证了该方案的有效性和优越性。     

采用逐维定位的多模型自适应解耦控制器

针对多变量系统中多个参数同时变化导致模型数目巨大,计算时间长等问题,提出了采用逐维定位的多模型自适应解耦控制器．该方法将多维空间的并行寻优问题转化为多个一维空间的串行寻优问题,每一次固定其他参数、只针对一个参数寻找最优模型,可大大减少系统模型集的数量．该控制器基于性能指标搜索最优模型,通过加权多项式矩阵的选择,不但消除了稳态误差,任意配置闭环系统的极点,而且实现了动态解耦控制．最后给出全局收敛性分析．仿真结果表明当采用相同的固定模型覆盖每个参数的变化区间时,其模型集的数目远远小于常规多模型控制器．而当采用相同数目的模型时,其控制效果明显优于常规多模型控制器．     

多变量预测控制工程应用的控制模型前馈解耦策略

针对多变量预测控制计算量大、控制效果对扰动和模型失配敏感等特点,提出一种适用于预测控制工程应用的控制模型前馈解耦策略.基于结构分析,保留重要的被控变量与操作变量配对关系,将不重要的被控变量与操作变量配对作为前馈引入进行补偿,简化了系统结构,降低了系统耦合程度,减弱了预测控制器对扰动和模型失配的敏感程度,极端情况下形成的单入单出或小规模多入多出系统有效减小了在线计算量;基于分布式预测控制思想,给出控制模型前馈解耦策略的分散优化策略,进一步减小了系统规模和在线计算量.最后,通过仿真验证了所提策略的可行性与有效性.     

基于神经网络逆系统的无轴承异步电机非线性内模控制

针对无轴承异步电机非线性、多变量、强耦合的特点,提出一种基于神经网络 α阶逆系统方法的非线性内模控制策略.将用动态神经网络逼近的无轴承异步电机 α阶逆模型与原系统复合,将非线性的无轴承异步电机原系统解耦成转子径向位移、转 速和转子磁链四个独立的伪线性子系统.为了保证 系统的鲁棒性,对伪线性系统引入内模控制,仿真和实验研究验证了所提控制方法的有效性.     

多变量系统的PID 控制器设计

针对多输入多输出系统,提出一种基于微粒群算法的灰色系统预测PID 控制算法．该方案将多 输入多输出系统转化成若干个多输入单输出子系统,使用多变量一阶灰色模型GM(1;N) 预测出每个子系统的 输出,实现了多输入多输出系统的对角解耦．然后用微粒群算法优化PID 控制器的参数,用优化后的PID 控 制器对每个子系统进行控制．对两个典型的多变量控制过程进行了仿真,结果表明,这种控制方法超调量较 小,鲁棒性强,响应速度快,抗干扰能力强.