内模控制及其仿真应用
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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
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 ．
’
０ ０ ０ ５００
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
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 ，
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
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
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
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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
（ （） 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
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
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
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 ：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
内模控 制及其仿 真应用
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 ．
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０ ０ ０ ５００
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
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 ．
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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 ，
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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
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
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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
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态品质和鲁棒性 。 １ ）模型分解
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道传 可 以将 圈 １ ｆ亦蝙 圊 图 ＾ 等价变换为 图 ２ 笠 所
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式 中，
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内模 控 制 （ ｎｔ ｎａｌ Ｍ Ｉ ｒ ｅ Ｏｄｅｌ
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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
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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
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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