基于內模控制的

PID控制器的設計答辯人專業:論文框架研究背景課題方向論文要點結論1234研究背景

（1）

過程工業中使用的調節器主要是PID型的，它結構簡單，易于操作，具有強魯棒性和有效的實際應用。因而PID控制器參數的整定方法長期受過程控制界的關注。

（2）

其整定方法有許多，如早期的Ziegler-Nichols的閉環臨界比例度法，Cohen-Coon的開環反應曲線法，以及其它一些基于最小誤差積分的方法。Rivera[1]等人首先將內模控制的思想引入到PID控制器的設計中，并建立了濾波器參數與PID控制器參數的關系。

（3）本文在前人的基礎上，針對工業控制領域具有代表性過程控制對象，給出了基于內模控制的PID控制器設計方法。課題方向

（1）基于內模控制原理，針對典型的工業過程對象，給出了PID控制器的設計方法，并根據現代控制理論的觀點，證明了該方法符合線性二次型最優控制的選型原則。

（2）

將該方法應用于典型的工業過程對象的仿真研究，結果表明所設計的PID控制系統，只有濾波器的時間常數是需要整定的參數，方法比較簡單，并且在系統特性變化的情況下具有很強的魯棒性和抗干擾能力。（3）此外，該方法在現有的可編程控制器(PLC)、智能儀表、集散控制系統(DCS)和現場總線控制系統中都很容易實現，無需增加硬件投資，具有較高的工程應用價值。論文要點：內膜控制內模控制:內模控制的基本結構如圖1所示，圖中P(s)為實際被控過程對象，M(s)為被控過程的數學模型，Q(s)即內部模型，U(s)為內模控制器，R(s)，Y（s）

，D（s）分別為系統的輸入、輸出和干擾信號。通過求取參考輸入R(s)和擾動輸入D(s)與過程輸出Y(s)之間的傳遞函數，易得出系統閉環響應為內膜控制

如果模型準確，即M(s)=P(s)，且沒有外界擾動，即D(s)=0，則模型的輸出Y(s)與過程的輸出Y相等，此時反饋信號為零。這樣在無模型不確定性和無未知輸入的條件下，內模控制系統具有開環結構。基于內膜控制的PID控制器的設計：具有內模控制結構的PID控制器理想的PID控制器具有如下的形式：內膜控制的PID控制器的設計內模控制器

其目的是將內模控制器轉化為PID類型的解，即使式(3)和式(4)等價，因而從內模控制的角度來設計PID控制器。通常內模控制器的設計過程如下[2]:第一步:把模型分解為全通部分M+和最小相位部分M-，即

第二步:模型誤差的魯棒性設計為抑制模型誤差對系統的影響，增加系統的魯棒性，在控制器中加入一個低通濾波器F(s)，一般F(s)取最簡單形式如下:內模控制器通過求取參考輸入R(s)和擾動輸入D(s)與過程輸出Y(s)之間的傳遞函數，易得出系統閉環響應為內模控制器

一階系統

當過程模型已知時，根據上式和PID控制算式，由s多項式各項冪次系數對應相等的原則，求解可得基于內模控制原理的PID控制器各參數。3.2一階系統可以看出，對于一階系統，基于內模控制原理設計的控制器為PI控制器，其中

在目標函數下的最優控制規律是比例+積分，且是無余差的，并可以證明對于對象參數的變化是不靈敏的。而基于內模原理所設計的控制器也是PI控制器，這說明基于內模控制原理設計的PID控制器是符合二次型最優控制選型原則的。

一階系統

二階結構:當過程模型是二階系統時，即:可以看出，對于二階對象，基于內模控制原理設計的控制器為PID控制器，其中

二階系統

對于二階對象，在設定值變化時，在目標函數(11)下的的最優控制規律是比例+積分+微分，而且也可以證明它對于過程參數的變化是不靈敏的。這同樣可說明對于二階對象基于內模控制原理設計的PID控制器也是符合線性二次型最優控制選型原則的。

二階系統

結論：

從以上內模PID控制器的設計過程可以看出時間常數是需要整定的參數,方法比較簡單,并且在系統特性變化