内模控制及其仿真应用
内模PID控制器在智能车转向系统中的应用及仿真
策略． 文献［—］ ４６ 中通过采用 内模控制原理对不 同 特性对 象 进行 控制 ， 结果 表 明 ： 于 内模 原 理 的控 基
制器设 计 原理 简单 ， 同 时考 虑 多 种 控制 指 标 ， 可 应
用 范 围 广 ， 数 整 定 直 观 方 便 ． 析 内模 控 制 与 参 分 Ｐ Ｄ控制 存在 的对 应 关 系 ， Ｐ Ｄ 控 制 器 设 计 转 Ｉ 将 Ｉ 化到 内模控 制框 架 下进行 ， 以得 到 明确 的解 析结 可 果 ． 仅 在 控 制 要 求 上 能 到 达 模 糊 Ｐ Ｄ控 制 的要 不 Ｉ
涵盖控制 、 模式识别 、 传感技术、 电子电气 、 计算机 、 机 械等 多学 科 的科 技 创 意 性 设 计 ，它 主 要 由路 径 识 别 ，速 度 采 集 ，转 向控 制 及 车 速 控 制 等 功 能 模
块组 成 ． 设计 要 求小 车在 特定 的场地 上 ，通 过转 向 角 和车 速 的控制 ， 其 自动 地沿 着导 航信 号行 驶． 使 系 统 转 向控 制 器 的设 计 是 智 能 车 控制 系统 中 的一 个 十分重 要 的环 节 ， 计 使用 的舵 机 ＿内部 具 设 ２ ］ 有位 置 反馈 电路 ， 它 的舵盘 输 出转 角正 比于 给定 使
作者简介 ： 刚（９ ８ ）男 ， 秦 １６ 一 ， 西安工业大学副教授 ， 主要研究方向为 自动控制和人工智能． － ｉ ｑｎ ａ ｇ ａｕ ｅｕ ｃ ． Ｅｍａｌ ｉｇｎ ＠ｘ ｔ．ｄ ． ｎ ：
内模 Ｐ Ｄ控 制 器在 智 能 车 转 向系统 中 的应 用 及 仿 真 Ｉ
秦 刚 ， 陈 凯 ，高 惠 中 ，陆 华 颖
（． １ 西安工业大学 电子信息工程 学院 ， 西安 ７ ０３ ；． １ ０ ２ ２ 西安交通大学 电子 与信息工程学 院 ， 西安 ７ ０ ４ ） １０ ９
模拟仿真在自动化控制领域的应用研究
模拟仿真在自动化控制领域的应用研究自动化控制技术作为一门重要的技术学科，目前已经广泛应用于诸如制造业、交通运输、环境监测等多个领域。
而在自动化控制领域中，模拟仿真技术作为一种重要的手段，可以帮助工程师们通过虚拟仿真环境来进行工程项目的设计、优化和验证，提高生产效率和质量。
本文将从模拟仿真在自动化控制领域中的应用、技术原理和案例研究等方面进行分析和探讨。
应用场景模拟仿真技术的应用场景非常广泛，可以用于机器人的控制、城市交通的规划、工厂生产线优化等众多领域。
在自动化控制领域中，模拟仿真技术可以被应用于多个领域，如：1. 自动化生产线与设备控制模拟仿真可以在设计和开发自动化设备前模拟和分析生产线，以帮助提高生产效率和工作效率。
这种技术可以模拟不同材料在不同的机器设备上加工过程和测试结果的情况，以帮助公司现实出售的设备是否能够满足客户的需求。
同时，模拟计算平台可以为工程师在实际构建生产线功能库时提供基础。
2. 工业控制频率信号处理在自动化控制的领域，频率信号处理是一种常见的技术。
例如，在电力工业中，控制系统需要根据频率并自动将电力交付到不同区域的电网。
模拟仿真可以通过模拟信号处理result来提前检测器的漏洞和算法漏洞，确保在实际应用中程序的可靠性和稳定性。
技术原理模拟仿真技术是通过数字计算和分析来模拟真实世界的行为，这种技术可以帮助研究人员预测和调整设计方案，为自动化控制领域带来真正的价值和巨大的经济利益。
模拟仿真技术原理的核心是数学模型。
数学模型是将系统或过程转化为数学表达式的方法。
在自动化控制领域中，模拟仿真技术通过使用数学模型来预测在不同环境中的对象在真实事件中的行为并进行相关的控制操作。
在模拟仿真中，研究人员首先需要将真实系统或过程分解成其组成部分。
这些部分通常由不同的动态和物理定律驱动，然后研究人员使用数学公式建立模型表达式。
这些模型表达式通常需要解决方程的求解、数值积分、微分方程等计算问题。
内模PID控制污水PH的设计与应用
内模 PID控制污水 PH的设计与应用Apply and design on PH control of sewage by IMC PID1.内容摘要面对国内用水紧张以及水污染严重的现状，采取有效措施对污水进行处理已经成为亟待解决的难题。
污水处理涉及到多个复杂控制过程，PH值中和反应是其中非常重要的过程之一，PH值对其它出水指标有着重要影响，它的稳定控制将直接影响污水处理整个过程是否达标。
为此，报告中提出了PH值中和过程的内模PID的控制策略。
由于污水处理现场中和反应过程中，PH值的控制具有强非线性、大滞后性、不确定性以及鲁棒性差的特点，本文针对以往单闭环PID对PH值的控制品质存在不足，提出将内模控制策略应用在污水处理PH值中和过程，设计内模PID控制器来稳定调节PH值。
为了验证所设计控制器的可行性，利用软件仿真与实验，与常规的控制方式从多个方面进行分析对比，内模PID控制能够明显的改善被控对象的目标值跟踪特性，提高抑制干扰能力，系统的动态特性可以很好的满足。
即使发生模型失配，也能实现很好的控制。
并且能够减少参数调整的个数，结构设计上也算简单。
利用软件进行仿真与实验，结果表明，该方法可以更好的改善控制系统的性能。
1.正文1.内模PID算法1.内模控制的原理上世纪八十年代，Garcia和Morari两位学者经过长时间的研究复杂对象的控制过程，全面分析多变量、非线性、时变的对象模型，结合史密斯预估计控制策略，系统的向世人阐述了一种全新的控制方法，这就是内模控制方法。
依据被控对象的数学模型, 经过简单有效的设计步骤，就可以设计出针对实际被控对象的内模控制器，用该控制器对被控对象进行控制，可以提高系统动态变化的跟踪能力，获得良好的控制效果，实用性也特别强，同时对外界的强干扰也有很好的抑制效果。
虽然PID就能解决自动化生产中很多的控制问题，但常规的PID控制很难有效的控制具有非线性、大滞后性、多变量耦合的复杂系统。
6.内模控制
这里 f 为IMC滤波器。选择滤波器的形式，以保证 内模控制器为真分式。
对于阶跃输入信号，可以确定Ⅰ型IMC滤波器的形式
1 f ( s) (Tf s 1)r
对于斜坡输入信号，可以确定Ⅱ型IMC滤波器的形式为
rTf s 1 f ( s) (Tf s 1)r
Tf ——滤波器时间常数。
4.采用理想控制器构成的系统，对模型误差极为敏感，鲁棒性、 稳定性变差。
2. 内模控制器的设计
步骤1 因式分解过程模型
ˆ G ˆ G ˆ G p p pˆ 包含了所有的纯滞后和右半平面的零点，并 式中，G p ˆ 为过程模型的最小相位部分。 规定其静态增益为1。G p
步骤2 设计控制器
GIMC ( s ) 1 ˆ ( s) G p f ( s)
过程无扰动Leabharlann 图6－3过程有扰动
例3－2 考虑实际过程为
R( s)
D( s)
10s 1 5s 1
1 G( s) e 10 s 10s 1
1 10 s 1
e
10 s
Y (s)
1 e 8s 10s 1
内部模型为
ˆ ( s) G 1 e8 s 10s 1
讨论（1）当 K 1 , T 2 , 1 时，滤波时间常数取不同值 时，系统的输出情况。（2）当 K 1 , T 2 ，由于外界干扰 使 由1变为1.3，取 Tf 不同值时，系统的输出情况。
1～4曲线分别为 Tf 取0.1、0.5、1.2、2.5时，系统的输 出曲线。
图6－2
2.若对象含有s平面右半平面（ RHP）零点，
ˆ 1 ( s) 中含有RHP极点，控制器本身不稳定，闭 则 GIMC (s) G p 环系统不稳定。
内模控制
U (s)
Gp(s)
D (s) + Y (s)
+
受控过程
Gm(s)
Ym (s)
+
_
内部模型
IMC闭环传递函数
由基本的内模控制结构图，可得
U (s)
Gc (s)
(R(s) D(s))
1 Gc (s)(Gp (s) Gm (s))
Y (s) D(s)
Gp (s)Gc (s)
(R(s) D(s))
1 Gc (s)(Gp (s) Gm (s))
内模控制系统的性质 1
稳定性
当Gp(s) = Gm(s)时，闭环系统稳定的充 分条件是控制器与过程本身均为稳定。 推 论： （1）IMC不能直接应用于开环不稳定对象； （2）对于开环稳定对象，系统稳定的充分 必要条件为：控制器本身稳定。
内模控制系统的性质 2
逆模控制器
若Gm(s) = Gp(s) = Q(s) /P(s)*e-τs， 而且 Gp(s)为开环稳定；则存在理想控制器
Gc
(s)
P(s) Q (s)
*
Tc s
1
1 nc
其中Q-(s)由Q(s) 中的稳定零点部分组成。 问题：对模型误差过于敏感，即鲁棒性极差.
内模控制系统的性质 3
内模控制 （Internal Model Control）
戴连奎
浙江大学控制科学与工程系 浙江大学智能系统与决策研究所
2000/11/09
内容
引 言 基本内模控制结构 内模控制系统的性质 完全的内模控制系统 仿真举例
基本内模控制结构
R (s) + _
Gc(s) 控制器
内模控制.ppt
内模控制的主要性质
2.理想控制器特性
当模型是准确的，且模型稳定，若设计控制器
使
GIMC
(s)
1 Gp (s)
，且 1 存在并可实现
Gp (s)
则，控制器具有理想控制器特性，即在所有时间 内和任何干扰作用下，系统输出都等于输入设定 值，保证对参考输入的无偏差跟踪。
内模控制的主要性质
3.零稳态偏差特性
Gˆ p Gˆ pGˆ p-
式中，Gˆ p 包含了所有的纯滞后和右半平面的零点，并 规定其静态增益为1。Gˆ p 为过程模型的最小相位部分。
步骤2 设计控制器
1 GIMC(s) Gˆ p (s) f (s)
这里 f 为IMC滤波器。选择滤波器的形式，以保证
内模控制器为真分式。
对于阶跃输入信号，可以确定Ⅰ型IMC滤波器的形式
其反馈信号
Dˆ (s) [Gp(s) Gˆp(s)]U(s) D(s) 0 ——内模控制系统具有开环结构。
内模控制的主要性质
1.对偶稳定性 若模型是准确的，则IMC系统内部稳定的充要
条件是过程与控制器都是稳定的。 所以，IMC系统闭环稳定性只取决于前向通
道的各环节自身的稳定性。 结论：对于开环不稳定系统，在使用IMC之
R(s)
GIMC(s) U(s)
Dˆ (s)
Gp (s)
D(s)
Y (s)
Gˆ p ( s)
Ym (s)
图6－1 内模控制结构框图
Gp (s) ——实际对象； Gˆ p(s) ——对象模型；
R(s) ——给定值；
Y (s) ——系统输出；
内模控制器的设计思路是从 理想控制器出发，然后考虑 了某些实际存在的约束，再 回到实际控制器的。
第4章_内模控制
4.3.3 设计示例
4.3.3.1 一阶加纯滞后过程
4.3.3.2 高阶过程
情形A.无右半平面(RHP)零点
情形B.具有右半平面(RHP)零点
第4章 内模控制 4.4 内模控制器设计——离散过程
当过程模型采用离散脉冲传递函数形式时，内模控制系统的性质仍 然成立。在离散时间条件下，设计内模控制器也仍然分为两步进行： 首先是设计一个稳定的理想控制器； 然后在反馈和输人通道上增加反馈滤波器 和输人滤波器 ，通过调整滤波器的结构和参数，使系统获得所期望的性能。 下面就对开环稳定过程进行离散内模控制器设计。 考虑一般情况，令被控对象为有纯滞后的非最小相位过程，则过 程模型可分解为两部分：
热交换器出口温度与蒸汽流量 的关系可由开环阶跃响应的实验获得:
第4章 内模控制 (二) 内模控制器设计
(i)对象模型分解: (ii)滤波器设计（即IMC控制器设计）:
(三) 算法实现
控制器传递函数为:
模型匹配时
思考:SMPC的缺陷？
第4章 内模控制 4.7 内模控制的工业应用
4.7.2 热交换器温度控制
右图所示是一个蒸汽加热器实 验装置，加热介质为蒸汽，冷流 体为水。控制目标是通过调节加 热蒸汽流量来保证热交换器出口 热水温度平稳。 图中温度控制器采用微机实现。
(一) 对象建模
第4章 内模控制 4.3 内模控制器设计——连续过程 基本内模控制结构
• IMC→常规控制器：
GIMC (s) Gc (s) 1 GIMC (s)Gm (s)
第4章 内模控制 常规的反馈控制系统
• 常规控制器→IMC：
Gc (s) GIMC (s) 1 Gc (s)Gm (s)
第4章 内模控制 一、内模控制器设计应分两步进行：
内模控制在薄膜卷绕中的应用研究及计算机仿真
Ｖ １２ ． Ｎ ｖ 。２ Ｏ ｏ．２Ｎｏ４ ｏ． ０６
Ｔ 因素进行控制 ，间接实现系统 的张力控制。 锂离子电池卷绕机的膜卷张力控制系统 ，采 用 的就是一种以张力作为反馈补偿控制的速度伺 服控制策略，实现间接张力控制 ，其控制系统框 图如 图 ３
、
。
图 ３ 膜卷 间接张力控制系统
图 Ｉ 锂离子电池卷绕机结构示意图 薄膜卷 张力控 制系统的总体结构如 图 ２所 示 ，张力检测臂和与之相连的角度传感器 （ 实质 上为电位计 ）构成了一个间接张力检测系统 ，张 力臂的位 置变化将 间接体 现张力 的变化 。放卷 时，控制器将根据张力检测电压值与平衡位置 的 给定电压值的偏差 ，控制直流伺服电动机带动膜 卷 跟 随卷 心 的 线 速 度 ，实 现 放 卷 过 程 的 张力 控 制。
内模控制在薄膜卷 绕中的应 用研 究 及计算机仿真
钱 晨
５００ ） １５７
（ 广东农工商 职业 技术学院 计算机科学 系，广东 广州 摘
要 ：该文介 绍 了锂离子 电池 的生产工 艺流 程及 其薄膜 卷绕 控制 系统 ，建 立
了薄膜卷绕控 制系统的数 学模 型 ，提 出采 用 内模 控 制算 法，并对 相应 的控制模 型进行 了仿真 。通 过仿真 ，说 明 了 内模控 制器 的控 制效果 ，在此 基础 上分析 了
内模 控制系统的特性和优点 。
关键词 ：锂 离子电池 ；张力控制 ；内模控制 中图分类号 ：Ｔ ２３ ［ Ｐ７ 文献标识码 ］ ：Ａ 文章编号 ：１ ９ ３Ｘ （０６ ２１ ３ １ ０ － １ ２Ｏ ）０－ １ －３ ０９ （７ （
１ 引 言 ．
在锂离子电池 自动卷绕机中，薄膜卷绕控制是极为重要的一个部 分 。其 中张力是十分重要 的一个生产工艺指标 ，张力控制的效果将直 接影响到产品的质量。要进行正常的卷绕 ，必须保证膜卷保持一定的 张 力 ，张力 过大 会造 成膜 卷 的塑性 变 形 ，将直 接影 响卷 绕效 果 ，或者 造成膜卷拉断 ；张力过小 ，不仅可能造成废 品，还可能不能进行正常 的卷绕操作。由此可见 ，张力控制不仅是锂离子电池 自动卷绕机的必 要组 成 部分 ，而 且是 核心 部分 ，它 的控制效 果 直接关 系到锂 离子 电池 成品质量的优劣 。 本 文从 薄膜 卷控 制 系统 的结构 出发 ，建立 控制 系统 各 主要 环 节 的 数 学模 型 ，对 系统进 行深 入 的研究 。
内模控制在过程控制系统中的应用研究
ｃ，（Ｂ）＝黼“ 辨识”］，得到上水箱液位对象的数学模型为： ＾ｆ （ｇ）
∞，２靠 图２瑚ｃ结构等效变换为经典控制结构
等，＝揣 类似地，图２中的输人输出关系可以表达为： ㈣
器２丽丢丽
（３）
所阻，系统的闭环响应为：
２００７年第１２期 文章编号：１００６—２４７５（２００７）１２．００４９—０３
计算机与现代化 Ｊ王ｓＵＡＮＪＩ ＹＵ ＸＩＡＮｎＡＩＨＵＡ
总第１４８期
内模控制在过程控制系统中的应用研究
杨大勇
南昌大学环境科学与工程学院，江西南昌３３００３１）
摘要：内模控制是一种简单、宾用的先进控制算法，是研究其它基于模型的控制蕈略的理论基础。本文介绍了内棰控制
３结束语
本文介绍了内模控制器的基本原理和设计方法，
参考文献：
Ｃｌ】ＧＴ帅ｈ“ｉ＾ｃⅢＥⅫ，Ｍ％∞ｄｌｒｈｉ［ＭＪ．】ｈ咖．ｄｍｈｏｌ捌ｄ．ａ呷Ｅ耐％．ｃｍｈ吲ｅｎｎｇ№廿
Ｄ曙．１粥２．２１（２）；３∞０∞． ［２】王树青．等．先进控制技术及其应用［Ｍ】．北京：科学出
腹社，２００１．
［３］高东杰，谭杰林，红权．应用先进控制技术［Ｍ］，北京：国 防工业出版社．２００３． 赵曜．内模控制发展综述［Ｊ】．信息与控制，２０００，凹 （６）：５２６｛３１．
用模拟硬件或计算机软件来实现，该结构中除了有控 制器Ｇ眦以外，还包含了过程模型ｃＰ。为了求取图ｌ 中输人ｒ和ｄ与过程输出ｙ之间的传递函数，可以将 图１等价变换为图２所示的简单反馈控制系统形式， 即ＩＭｃ的等价结构。
这样对于图２中的内环反馈控制器有
收稿日期：２００６．１１４０ 作者简介：杨大勇（１９７８．）．男．安徽怀远人。南昌大学环境科学与工程学院讲师，博士研究生，研究方向：先进过程控制技术 与应用。
基于内模原理的PID控制器参数整定仿真实验
基于内模原理的PID 控制器参数整定仿真实验1. 内模控制内模控制器（IMC ）是内部模型控制器（Internal model controller ）的简称，由控制器和滤波器两部分组成，两者对系统的作用相对独立，前者影响系统的响应性能，后者影响系统的鲁棒性。
它是一种实用性很强的控制方法，其主要特点是结构简单、设计直观简便，在线调节参数少，且调整方针明确，调整容易。
特别是对于鲁棒及抗扰性的改善和大时滞系统的控制，效果尤为显著。
因此自从其产生以来，不仅在慢响应的过程控制中获得了大量应用，在快响应的电机控制中也能取得了比PID 更为优越的效果。
IMC 设计简单、跟踪性能好、鲁棒性强，能消除不可测干扰的影响，一直为控制界所重视内模控制( Internal Model Control IMC ) 是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略。
其设计简单、控制性能良好， 易于在线分析。
它不仅是一种实用的先进控制算法， 而且是研究预测控制等基于模型的控制策略的重要理论基础， 也是提高常规控制系统设计水平的有力工具。
值得注意的是，目前已经证明，已成功应用于大量工业过程的各类预测控制算法本质上都属于IMC 类，在其等效的IMC 结构中特殊之处只是其给定输入采用了未来的超前值(预检控制系统)，这不仅可以从结构上说明预测控制为何具有良好的性能，而且为其进一步的深入分析和改进提供了有力的工具。
内模控制的结构框图如图1：图1-1 内模控制的结构图其中，IMC G —内模控制器；p G —实际被控过程对象；m G —被控过程的数学模型； d G —扰动通道传递函数。
（1）当0)(,0)(≠=s G s R d 时，假若模型准确，即)()(s G s G m p =，由图可知，)]()(1)[()]()(1)[()(IMC IMC s G s G s G s G s G s G s Y m d d -=-=p ，假若“模型可倒”，即)(1s G m 可以实现，则可令)(1)(IMC s G s G m =，可得0)(=s Y ，不管)(s G d 如何变化，对)(s Y 的影响为零。
模糊内模PID控制及应用
、 内模
图1
内模控制原理图
等 。这些方法已经大部分应用到工业生产过程
［7 ］
Schematic of internal model control
中， 并取得了一定的经济效益 。 对于被控对象含有非 线性环节的情况， 有人提出了在线辨识的方法 ， 但目 前的研究大多仍停留在仿真阶段 。针对非线性时滞系 统， 本文采用模糊内模 PID 控制方法进行控制， 并将这 300X DCS 温度系统中 。运行结果证 种方法运用到 JX明了该方法的可行性 。
பைடு நூலகம்
D（ s） = 0 时， Y（ s） = R （ s ） 。 可见， ② 当 R（ s） ≠0 、
^ G
C
（ s） 是 Y（ s） 跟踪 R（ s） 的理想控制器 。
1． 2
江苏省南通市应用科技计划基金资助项目（ 编号： K2008007 ） 。 修改稿收到日期： 2011 － 03 － 22 。 2004 年毕业于南京理工大学自动化系， 第一作者陆平（ 1972 － ） ， 男， 获硕士学位， 讲师； 主要从事智能控制技术的研究 。
时间常数 T f 有关， 因此， 只需调整参数 T f 。
《自动化仪表》 第 33 卷第 3 期 2012 年 3 月
（ 7）
时， 液位高度在 180 ～ 220 mm 之间波动 、 温度在 60 ～ 85 ℃ 之间波动 。如果这些因素的变化范围已知， 就不 需要建立那么多模型， 而是根据实际情况， 将每段的范 围减小， 以提高每段参数的精度 。 当已知液位高度在 180 ～ 220 mm 变化时， 为使建立的模型更加精确， 可将 200 ～ 220 mm。 当然， 其分为以下两段： 180 ～ 200 mm、
(完整版)基于内模控制的PID在过程控制中的应用研究毕业论文
毕业设计报告(论文)基于内模控制的PID在过程控制中的应用研究所属系化工与制药工程系专业化学工程与工艺姓名王大林指导教师陈夕松设计地点东南大学四牌楼校区动力楼119东南大学成贤学院毕业设计报告（论文）诚信承诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。
如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。
学生签名：日期：基于内模控制的PID在过程控制中的应用研究摘要内模控制是基于过程数学模型而进行控制器设计的一种新型控制策略。
内模控制具有很多优点，如设计简单，控制性能好，性能分析优越等。
随着工业过程自动化的普及，过程控制越来越受到控制界的广泛关注。
内模控制就是其中之一，它是以控制内部数学模型为基础，通过控制内部模型来达到控制整个系统稳定，进而达到工业过程生产指标的要求。
所以内模控制不仅是一种先进的控制算法，而且是研究预测控制模型的控制策略的重要理论基础！本论文基于东南大学过程控制实验室HGK-1型过程控制实验平台，以该平台中的液位过程为研究对象，设计基于可编程序控制器（PLC）的过程控制系统，采用内模控制（IMC）算法，仿真并实验研究IMC在该过程中的应用效果。
通过本次学习掌握IMC原理及算法，为以后在工作中的工程实际应用打下良好的铺垫！论文在介绍了HGK-1型过程控制实验平台后，阐述了液位过程建模的方法和特点。
在机理建模，试验建模和混合建模中选用试验建模方法建立了被控过程的数学模型。
设计液位过程PLC控制系统，包括液位计、流量计、调节阀、PLC输入/输出模块的接线，以及与PC机间的通讯连接。
仿真比较了IMC-PID控制及IMC的动态与静态性能。
为进一步提高控制系统的动静态性能，设计采用串级IMC控制方案，既提高了系统的动态特性，又保证了系统的稳态精度。
编写基于PLC的IMC应用软件，以及基于PC上位机的应用组态软件，实现液位过程的自动控制和监督管理，仿真和实验证明了该方案的有效性。
基于内模控制原理的PID控制器设计
5、结论
本次演示基于内模控制原理设计了PID控制器，并对其参数设置、性能等进行 了详细分析。通过仿真实验，我们验证了该控制器在工业控制中的应用效果。 结果表明，基于内模控制原理设计的PID控制器具有优异的控制效果、稳定性 和鲁棒性，可为工业控制系统提供更加精确、快速的控制。
未来研究方向可包括进一步优化PID控制器的参数设置方法，研究更加智能的 控制策略，以及拓展PID控制器在其他领域的应用等。结合具体工程应用实例， 对PID控制器进行实践和验证，也是极具意义的研究方向。
参考内容
一、引言
在工业控制系统中，PID（比例-积分-微分）控制器被广泛使用，其对于误差 的及时响应和精确的控制使其在许多领域中表现出色。然而，传统的PID控制 器并不总是能提供最佳的控制效果，尤其是在复杂的、非线性的、时变的系统 中。为了解决这个问题，我们提出了一种基于内模控制的PID控制系统，以提 高控制器的性能和鲁棒性。
（4）仿真验证：利用仿真实验对设计的PID控制器进行验证，以确定其性能和 稳定性。
2、参数设置
Hale Waihona Puke PID控制器的三个主要参数为比例系数、积分时间和微分时间，它们对控制器 的性能有着重要影响。
比例系数用于调节控制器对误差的敏感度，增大比例系数可以使系统更快地响 应误差信号，但过大的比例系数会使系统不稳定。积分时间用于调节控制器对 误差的累积效应，它的作用是消除系统的稳态误差，但过长的积分时间可能导 致系统超调增大。微分时间则用于调节控制器对误差的变化率，它有助于减小 系统的超调量，但过大的微分时间可能导致系统对噪声的敏感度增加。
一、PID控制器原理及应用
PID控制器是一种线性控制器，通过比较设定值与实际输出值之间的误差，利 用比例、积分和微分三个环节对误差进行修正。它的基本原理是：误差信号经 过比例环节后得到比例输出，再经过积分环节得到积分输出，微分环节则给出 微分输出，最后将这三个输出加起来得到最终的控制信号。
内模控制在永磁同步电机中的应用
1现状与展望作者简介：曾成(1993- )，男，硕士研究生，研究方向为永磁同步电机控制； 张维(1992- )，男，硕士研究生，研究方向为永磁同步电机控制。
内模控制在永磁同步电机中的应用曾成，张维(东南大学 电气工程学院，江苏 南京 210096)摘 要：永磁同步电机控制系统是典型的非线性多变量强耦合系统，应用内模控制(IMC)策略能够很好实现电机电流解耦以及速度快速跟踪。
阐述了IMC 的发展及IMC 控制器的设计，介绍了当前永磁同步电机主流控制策略，分析了IMC 在永磁同步电机控制系统中的应用及存在的问题，并提出改进思路。
关键词：永磁同步电机；内模控制；解耦；算法中图分类号：TM341；TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2018)06-0001-09Abstract: Permanent magnet synchronous motor (PMSM) control system is a typical nonlinear multivariable strong coupling system. The application of internal model control (IMC) strategy could achieve good motor current decoupling and fast speed tracking. This paper described the development of IMC and the design of IMC controller. Introduction was made to the current mainstream control strategy of PMSM. This paper analyzed the application of IMC in PMSM control system and the problems existing in the application of the internal model control in the permanent magnet synchronous motor control and proposed the improvement ideas. Key words: permanent magnet synchronous motor; internal model control; decoupling; algorithmZENG Cheng, ZHANG Wei（School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China ）Application of Internal Model Control in PermanentMagnet Synchronous Motor0 引言永磁同步电机控制系统是一个具有多个耦合状态和参数变化的非线性系统[1]。
模型参考模糊自适应内模控制及其在电厂主汽温控制中的应用研究的开题报告
模型参考模糊自适应内模控制及其在电厂主汽温控制中的应用研究的开题报告一、研究背景及意义随着我国电力工业的迅速发展，电厂主汽温控制系统已成为电力系统中不可或缺的重要组成部分。
主汽温控制直接影响整个发电系统的稳定性和效率，因此对于电站主汽温控制的研究成为电力系统领域的重点之一。
传统的主汽温控制方法是PID(Proportional Integral Derivative)控制方法，但是在电厂主汽温控制中仍然存在某些问题，如系统非线性、负荷变化引起的控制误差等。
针对以上问题，模糊自适应内模控制在电厂主汽温控制中得到了广泛应用，成为目前主流的控制方法之一。
模糊自适应内模控制是一种高效、鲁棒、自适应的控制方法，对于电厂主汽温控制的异步非线性模型有较好的适应性，可有效提高主汽温控制的精度和鲁棒性能，具有很高的理论价值和实际应用价值。
因此，对模糊自适应内模控制及其在电厂主汽温控制中的应用进行深入研究，对于提高电厂主汽温控制的控制精度和鲁棒性能具有重大的意义。
二、研究内容本文主要研究模糊自适应内模控制及其在电厂主汽温控制中的应用。
具体内容包括：1. 模糊自适应内模控制的理论基础和关键技术。
介绍模糊自适应内模控制的基本概念和原理，以及控制器设计中的关键技术，如模糊控制、自适应控制、内模控制等。
2. 电厂主汽温控制系统的建模及其非线性特性分析。
建立电厂主汽温控制系统的数学模型，分析系统的非线性特性，为后续控制器设计提供理论支撑。
3. 模糊自适应内模控制在电厂主汽温控制中的应用研究。
基于所建立的主汽温控制系统模型，设计模糊自适应内模控制器，并进行模拟仿真和实验验证。
分析模糊自适应内模控制器在电厂主汽温控制中的应用效果，评估其控制精度和鲁棒性能。
三、研究方法本文采用的研究方法为理论研究、数学建模、仿真实验及实际应用评估。
具体研究方法包括：1. 理论研究。
通过文献综述和理论分析，深入了解模糊自适应内模控制的理论基础和关键技术。
系统内模控制器设计及仿真
内模控制[1 ]是一种重要的控制结构 ,它是在传统 反馈控制基础上 ,经过变换产生的. 很多实际控制系 统 ,其被控对象的数学模型可以近视为带纯滞后的一 阶或二阶环节 ,当纯滞后环节用 Taylor 级数展开时 , 内膜控制可转化成常规的单位反馈控制 ,使内膜控制 器的设计更简单实用. 内模控制器用于此类系统比传 统反馈控制亦能获得良好的动态及稳态性能. 本文用 这种方法来设计内膜控制器并将其与传统的比例2微 分2积分控制 ( PID 控制 ,用 Ziegler2Nichols 整定参数) 的控制结果进行比较 ,并用 Matlab 软件进行仿真.
=
T
S
K +
1e
-
τs
(3)
将纯滞后环节用一阶 Taylor 级数展开后 ,取被控
对象的内模[2 ] :
^G ( S )
=
K (1 - τS ) TS + 1
(4)
则实现完全控制的内膜控制器为 :
Gc ( S )
=
1 ^G ( S )
Gf ( S )
(5)
其中 , Gf ( S ) 是为了使控制功能稳定和物理上可实现
(2)
由公式 (2) 可见 , 对于准确的预测模型 , 系统的反
馈信号就是扰动 D ( S ) . 当对象与模型之间存在误差
时 , B ( S ) 中将包含某些偏差的信息 , 只要适当地改进
B ( S ) ,就可以获得较好的鲁棒性.
1. 2 控制器设计
设被控对象的传递函数为 :
控制系统建模与仿真方法
控制系统建模与仿真方法控制系统建模与仿真方法是现代控制系统设计和开发的基础。
通过建立准确的控制系统模型，并用仿真方法验证其性能，能够帮助工程师和设计师有效地进行控制系统的设计、调试和优化。
本文将介绍几种常见的控制系统建模与仿真方法，并探讨它们的适用范围和优缺点。
一、传递函数法传递函数法是一种基于线性时不变系统的建模方法。
它通过将控制系统表示为输入输出之间的线性关系来描述系统的动态特性。
传递函数法最适用于单输入单输出系统，并且要求系统是线性时不变的。
传递函数可以通过数学分析或实验测量来确定，其中包括系统的零点、极点和增益。
利用传递函数，可以进行频域和时域分析，评估系统的稳定性和性能，并进行控制器设计和参数调整。
二、状态空间法状态空间法是一种基于系统状态变量的建模方法。
它将系统的状态量表示为时间的函数，通过状态方程和输出方程描述系统的动态行为。
状态空间法适用于多输入多输出系统以及具有非线性和时变特性的系统。
状态空间方法可以更直观地描述系统的动态行为，并方便进行观测器设计和状态反馈控制。
此外，状态空间法还允许将系统的非线性扩展为线性模型，并通过状态反馈控制实现对非线性系统的控制。
三、仿真方法仿真方法是通过计算机模拟来模拟和评估控制系统的性能。
它可以基于建立的模型对系统的行为进行预测，并通过仿真结果来验证系统是否满足设计要求。
常见的仿真工具包括MATLAB/Simulink、LabVIEW、Python等。
这些工具提供了丰富的模型库和仿真环境，支持不同的建模方法和仿真算法。
通过仿真方法，可以进行系统特性分析、参数优化和控制器验证，大大减少了实际系统调试的时间和成本。
四、硬件在环仿真硬件在环仿真是将实际的硬件设备与仿真模型相结合，进行实时的控制系统测试和验证。
它将计算机仿真与实际硬件连接起来，通过数值计算和物理实验相结合的方式，提供了更接近实际运行条件的仿真环境。
硬件在环仿真可以有效地评估控制系统的稳定性、鲁棒性和性能，并进行实际设备的系统集成和调试。
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力工具 。因此 自从其产生 以来 ，内模控 制 基于 内模控制理论 ， 对山西神 头电厂再 针
热 汽 温 被 控 对 象 的 大 惯 性 、 大滞 后 特 点 ，
关 系 ：
不 仅在 工业 过程 控制 中获得 了成功 的应 用 ， 且 表 现 出在 控 制 系 统 稳 定 性 和 鲁 棒 而 性理 论分析方面 的优 势。 在 工业过程 中 ， 用内模控制原理可 采 以提高Ｐ Ｄ 制器的设计水平 ， Ｉ控 与经典Ｐ Ｄ Ｉ
Ｄｅ ． ０１ ｃ２ ０
Ｆ ＝ （
（ ４ ）
Ｇ ＝ １ ’ ｃ （去 荔 （
（０ １）
温 度 变 化 的 中 间 变 量 （ 合 蒸 汽 温 度 和 混 低 温 再 热 出 口 蒸 汽 温 度 ） 所 以 在 此 设 ， 计 了 包 含 三 个 回 路 的 串 级 系 统 ， 最 内 回
式 中，
（ 包含所有的时滞和 右半 ） 。 ” … ｒ 一
引 言
内模 控 制 （ ｎｔ ｎａｌ Ｍ Ｉ ｒ ｅ Ｏｄｅｌ
是 Ｃ等结 雪Ｍ的价构其 中； 这 平… 点 … …具最、 特的 兰 Ｉ 就 …面 … 是有一Ｊ ｆ传 ’ 一 零Ａ … ，位… … ’ 相 正 一…
。
反馈控制瓢
一
递函 ｃ控 制 器 设 计
Ｃ ｎｒｌ ｏ ｔｏ ，简称 Ｉ ｃ）是一种基于 过程数 Ｍ 学模型进行 控制 器设 计的新 型控制策 略。
其设计简单 、 制性能好和在 系统分析方 控 面具有优越性 ，因而内模控制 不仅是 一种 实用的先进控制算法 ， 且是研究预测控 而 制 等基 于模 型的 控制 策 略的 重要 理 论基 础 ，以及提高常规控 制系统设计水平的有
（ （） ２ ）
ｉｔ ｒａ ｍ ｄ ｌ ｏ ｔｏ ； Ｐｎ ｏ ｔｏｌｒ Ｃ ｓａ ｅ ｎｅ ｎ ｌ ｏ ｅ ｃ ｎｒ ｌ Ｉ ｃ ｎｒ ｌ ； ａ ｃ ｄ ｅ ｃｎ ｒｌ ｅ ｅ ｔ ｄ ｔａｎ ｔ ｍｐｒ ｔ ｒ； ｒｂ ｓｎ ｓ ｏｔ ｏ；ｒ ｈａ ｅ ｓｅｘ ｅ ｅａ ｕｅ ｏ ｕｔ ｅｓ
ｕｅ ｏｃｍｅｓｔ ｉｅ — ｌ ｆ ｏｊｃ ．Ｔｅ ｓｄ ｔ ｏ ｐｎａｅｔ ｍ ｅ ｙ ｏ ｂｅｔ ｈ ａ
ｓ ｌｔ ｎ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｈ ｔ ｎ ｅ ｎ ｝ｍｏ ｅ ｃ ｎ ｒ Ｉ ｉ ａ ｉ ｒ ｓ ｉｓ ｓ ｏ ｔ ａ ｉ ｒ ＆ ｍｕ ｏ ｔ ｄ ｌ ｏ ｔ ｏ
二寸 三 ’ 兰 二 ］ 午
ｌ 一 ： 一 ｌ
图 ２内模控制等价 结构
由 图 ２ 反馈 控 制 器 与 内 模 控 制 器 的 得
忡鲁性 和 棒
Ｇ （） ５
） 加波，确系的定 上 滤器以保统稳 增
定义 Ｉ ＭＣ控制 器为 ：
０） ） ３ Ｆ （）
黧ｌ 息 二 Ａ ＿ 园 年 毒Ｈ ｉ ｌ 科 。 ． 黧 ｉ 技 ｌ 震 信 一忻 仳 Ｔ №． 洲
ｐｓｅｓｓ ｂ ｔｅ ｒｂｓｎｓ ｎ ｂｌ ｏ ｎ卜一 ｏｓＳｅ ｅ ｔｒ ｏ ｕｔｅｓ ａ ｄ ａｉ ｉ ｆａｔ Ｗ
ｄｓｕｂ ｎｅ． ｉ ｒａ ｃ ｔ
态品质和鲁棒性 。 １ ）模型分解
（） （） ＝６
一
鹣
蒜
道传 可 以将 圈 １ ｆ亦蝙 圊 图 ＾ 等价变换为 图 ２ 笠 所
Ｄ Ｉ ０ ３ ６ ／ ． ｓ ．０ １ ８ ７ ．０ ０ ２ ． １ Ｏ ：１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ － ９ ２ ２ １ ．３０ ２ ｓ内模控 制及其仿 真应用 源自李正涛 ’卢丽丽 王鹏 ’
１ 河 北省 科 学 院 ． ０ ０ ８ ； ２ 石 家庄 工 程 技 术 学 校 ５０ １ ．
’
１内模控 制基本 原理
１ １内模控 制结构及其等价 形式 ． １８ 年 ，Ｇａ ｃ ９２ ｒｉ Ｍｏ ａｉ ａ和 ｒｒ 完整地提 出了内模控制…， 其控制 结构如 图 ｌ ，图中 虚线框内是整个控 制 系统的 内部结 构 ， 该 结构中除 了有控 制器 过程模型 。 以外 ， 还包含 了
式中 ：Ｆ ｓ为低通滤波 器，选择 Ｆ ｓ （） （）
路 保证混 合蒸汽 温 度不变 ，中间 回路 保 证 低温热 再 出 口蒸 汽温 度不变 ，外 回路 保 证 高 温 再 热 出 口蒸 汽 温 度 不 变 。
对 于 不 同 回路 ， 用不 同的 控 制 器 形 采
控 制 相 比 ， 内模 控 制 仅 有 一 个 整 定 参 数 ， 参数调整与 系统动态 品质和鲁棒性的关 系 比 较 明确 。
该 文 设 计 了内模 Ｐ Ｉ Ｄ串级控 制 系统 。内 回
＝ １２ 内模控 制的主要性质 ．
㈩
内模控制具 有下述 ３个基本性质 ： 性质１ ：对偶稳定性 。当模型 匹配时 ，
ｔｍ ｅ ｙ． ｅ ｉｎｒ ｌ ｐ ｓ Ｓｄ ｔ ｏ ｅｃ ｍｅ ｔｅ ｉｅ ｄ ｌ Ｔｈ ｎｅ ｏ ｉ ｅ Ｏ ｖ ｒｏ ｈ ａ ｏ Ｕ ｄｓｕｂｎｅ ， ｔｅ ｍｉｄ ｌ ｐ ａ ｄ ｔ ｅ ｏｔ ｒ ｏｐ ｉ ｉ ｒａ ｃ ｓ ｈ ｄｌ ｏ ｎ ｈ ｕ ｅ ｌ ｓ ｔ ｅ ｏ ｏ
内模控制系统的闭环稳定性 取决 于前向通 道各个传递 函数 的稳 定性 。 性质２ 理想控制器特性 。 ． 当模 型匹配
时 ，若过 程稳定且
跟踪 。
（ ＝ 。 ，那么 ）
在任何时 刻都能实现对 参考输 入的无偏差
性 质３ 零稳态偏差特性 。 闭环 系统 ： 若 稳定 ， 撇 （） （） 则稳 态误差为零 。 且Ｇ ｏ ： ｏ， １３ 内模控 制器设计 ． 在设计 内模控制 器时应分 两步进行 。 首先设计一个稳定的理想控制 器 ， 不考 而 虑系统的鲁棒性 ；其次引入滤波器 ，通过 调整滤波器的结构和参数来 获得期 望的动