随着工业的发展,在实际工业过程控制系统中,有很多工业系统的过程模型存在不稳定环节如不稳定极点。由于这些不稳定环节的存在,系统的稳定性会受到强烈影响,其动态性能和鲁棒性能同时也会受到影响,针对含有不稳定环节过程模型的控制器设计方法及其参数整定成为目前迫切的控制技术。
针对一阶不稳定加时延过程模型(FOUPDT)和二阶不稳定加时延过程模型(SOUPDT),本文采用双闭环回路的设计方法。内环采用PID控制器中的比例控制器对系统过程模型和标称模型进行镇定,外环进行IMC-PID控制器的设计。
在参数整定过程中,将参数整定问题转化为在约束条件下的最优化问题,同时考虑系统动态性能和鲁棒性能,将系统动态性能指标IAE作为目标函数,鲁棒性能指标最大灵敏度函数M,作为约束条件。对内模PID(IMC-PID)控制器待整定参数λ进行优化,从而得到相应PID三个参数。
针对含有不稳定极点过程的鲁棒性分析,本文在考虑系统存在模型误差即模型失配的情形下,通过将镇定后的过程模型转换为标准闭环控制模型结构,再通过劳斯判据可以分别求出过程模型的三个参数比例增益、时间常数和时延常数存在误差条件下系统保持鲁棒稳定的条件。最后通过实例仿真与其他学者的方法对比验证了本文设计的控制器及其参数整定的有效性和优越性。
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