模糊内模PID控制及应用

陆 平 赵 捷 郭 鹏

(南通大学电气工程学院1，江苏 南通 226019;中国农业大学水利与土木工程学院2，北京 100083)

0 引言

时滞现象在工业生产控制系统中普遍存在，这使得系统的控制变得非常困难［1］。多年来，不少学者对时滞系统的控制方法进行了研究，如模糊PID控制［2］、神经网络控制［3］、预测控制［4］、Smith 预估控制［5］、内模控制［6］等。这些方法已经大部分应用到工业生产过程中，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［7］，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，并将这种方法运用到JX-300X DCS温度系统中。运行结果证明了该方法的可行性。

1 内模控制的基本原理

内模控制在结构上与Smith预估补偿很相似，它有一个被称为内模的过程模型，控制器的设计可由过程模型直接求取。

内模控制原理如图1所示。

图1 内模控制原理图Fig.1 Schematic of internal model control

图1中:GP(s)为被控对象;(s)为内模(s)为内模控制器;D(s)为外界扰动;R(s)为设定值。

1.1 理想的内模控制器

可见，当GP(s)可倒时(s)能克服外界扰动。

② 当R(s)≠0、D(s)=0时，Y(s)=R(s)。可见，(s)是Y(s)跟踪R(s)的理想控制器。

1.2 实际的内模控制器

理想的内模控制器是在“模型没有误差且可倒”的情况下得到的。在实际工作中，模型与各种不同工况下的实际过程总会存在误差，且(s)有时不可倒。因此，实际的内模控制器必须在理想控制器的基础上加以改进。

实际内模控制器的设计可分为两个步骤。

步骤1，将过程模型做因式分解:

步骤2，控制器设计: