[发明专利]多变量系统的内模控制器、控制系统和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体涉及一种多变量系统的内模控制器、控制系统和控制方法。

背景技术

多变量系统在实际的化学工业生产中广泛存在，因此对多变量系统的控制十分重要。然而，由于多变量系统具有各回路之间耦合较大和多时滞等特性，采用传统单变量的控制的方法难于保证控制精度或难以实现对多变量系统的控制。因此，业界提出了内模控制方法。内模控制方法中，将对象模型与实际被控对象相并联，并设计内模控制器逼近对象模型的动态逆。与传统的反馈控制相比，内模控制方法能够清楚地表明调节参数和闭环响应及鲁棒性的关系，从而兼顾性能和鲁棒性。

然后，在对多变量系统进行控制时，传统的内模控制方法往往存在不可实现因素，使得内模控制方法在某些多变量系统中无法实现。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种多变量内模控制器、控制系统和控制方法，可以消除不可实现因素。

根据本发明一种实施方式，多变量系统的内模控制器包括：

动态逆模块，用于根据多变量系统的被控变量的给定值计算多变量系统的输入值，以使得多变量系统的被控变量的输出值达到其给定值；

滤波器，用于对所述动态逆模块计算的输入值进行过滤；

补偿模块，其根据对变量系统的模型的非最小相位部分设计，用于对所述动态逆模块进行补偿，以使得所述动态逆模块能够实现。

本发明又一种实施方式提出了一种多变量系统的内模控制系统，其包括多变量系统和上述的内模控制器。

本发明又一种实施方式提出了种多变量系统的内模控制方法，其包括：

动态逆模块根据多变量系统的被控变量的给定值计算多变量系统的输入值；

根据与所述多变量系统并联的对象模型的非最小相位部分设计补偿模块，对所述动态逆模块进行补偿，以使得所述动态逆模块能够实现；以及

滤波器对所述动态逆模块计算的输入值进行过滤以使得多变量系统的被控变量的输出值达到其给定值。

以上实施方式中，通过添加补偿项来消除多变量系统的内模控制器的不可实现因素，从而避免了时滞近似所带来的误差。

附图说明

图1是根据本发明实施例的多变量系统的内模控制器结构图；

图2是根据本发明实施例的内模控制系统；

图3是图2所示内模控制系统的具体结构；

图4是利用本发明实施例的内模控制器的方形系统的给定值响应；

图5和图6是利用本发明实施例的内模控制器的方形系统的干扰响应；

图7、图8、图9是模型摄动时方形系统的系统响应；

图10是非方系统的系统响应；

图11和图12是非方系统的在干扰情况下的系统响应；

图13、图14、图15是模型摄动时非方系统的系统响应。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

目前，基于内模控制方法，产生了多种设计方法。例如，内模控制与最优控制结合，是以某种最优性能指标设计内模控制器，以实现优化控制的目标；内模控制与能改善系统的暂态性能和抵制有规律的外界干扰的学习控制相结合，内模控制与H_∞控制相结合，其控制结构由内模控制的内环和H_∞控制器的外环组成，能够兼顾性能和鲁棒性；内模控制与自适应控制的结合，其基本思想是使内部模型的参数逐步逼近被控对象的参数直至相等。

为了更好地对本发明的技术方案进行说明，以下先对本发明应用的基本矩阵理论进行介绍。

首先，广义逆

广义逆可以定义如下：设A是m×n矩阵，若n×m的矩阵G满足如下的4个Penrose方程：AGA＝A；GAG＝G；(AG)^H＝AG；(GA)^H＝GA；则称G是A的一个Moore-Penrose广义逆，其中X^H代表X矩阵的共轭转置，同时满足上述四个式子的G具有与方阵逆相似的性质。

根据矩阵理论的定理，设A是m×n矩阵，A有右逆A^*的充要条件是：rank(A)＝m；若A有右逆，则其中一个右逆是：A^*＝A^H(AA^H)^-1。

其次，关于矩阵分解