基于Taylor展開法整定MIC-PID控制器參數(shù)

摘要：針對一類不穩(wěn)定時滯過程，采用雙環(huán)控制結(jié)構(gòu)，首先使廣義對象(內(nèi)環(huán))穩(wěn)定，然后用Tavlor級數(shù)展開法，根據(jù)內(nèi)模控制原理設(shè)計外環(huán)控制器，得到等效的PID控制器參數(shù)的整定方法。仿真結(jié)果表明，整定后的系統(tǒng)不但具有良好魯棒性，而且調(diào)節(jié)快速，適合于工程實際應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：不穩(wěn)定；Taylor展開；內(nèi)?？刂?；PID控制；魯棒性

PID控制是迄今為止最通用的控制方法，它具有結(jié)構(gòu)簡單，對模型誤差具有魯棒性和易于操作等特點(diǎn)，仍被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電力、輕工和機(jī)械等工業(yè)過程控制中。在現(xiàn)有的PID參數(shù)整定方法中，Ziegler-Nichols法(簡Z-N法)應(yīng)用最為廣泛。
內(nèi)?？刂?IMC)是一種實用性很強(qiáng)的控制方法，其設(shè)計簡單，跟蹤調(diào)節(jié)性能好，特別是對于魯棒性及抗干擾性的改善和大時滯系統(tǒng)的控制，效果尤為顯著。經(jīng)過多年的發(fā)展，IMC方法的應(yīng)用已經(jīng)從線性系統(tǒng)擴(kuò)展到了非線性和多變量系統(tǒng)，并產(chǎn)生了多種設(shè)計方法，如零一極點(diǎn)對消法，預(yù)測控制法，針對PID控制器設(shè)計的方法等。將IMC引入PID控制器的設(shè)計，既可以得到明確的解析結(jié)果，降低參數(shù)設(shè)計的復(fù)雜性和隨機(jī)性，又能方便地考慮到系統(tǒng)魯棒性的要求。本文針對一階不穩(wěn)定時滯過程，通過對過程控制系統(tǒng)含有純滯后環(huán)節(jié)的近似處理，介紹了Taylor級數(shù)在MIC-PID參數(shù)整定中的應(yīng)用，最后利用仿真進(jìn)行了驗證。

1 內(nèi)?？刂?br /> 1)內(nèi)?？刂圃?br /> 內(nèi)模控制器與簡單反饋控制結(jié)構(gòu)的關(guān)系，可以用圖1來表示。

圖中C(s)為反饋控制器，GIMC(s)為內(nèi)模控制器，為被控過程對象，G(s)為過程對象模型，R(s)為設(shè)定值輸入，D(s)為擾動輸入，Y(s)為系統(tǒng)輸出值。對于圖1中的內(nèi)?？刂破?，有：

2)內(nèi)模控制器的設(shè)計步驟