内模控制及其仿真应用
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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
前将其稳定。
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。
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 。
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 。
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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
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
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 （）
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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