[发明专利]多变量时滞非最小相位非方系统的解耦内模控制器、控制系统和控制方法

摘要

本发明实施例涉及过程工业自动控制领域，提供了一种多变量时滞非最小相位非方系统的解耦内模控制器、控制系统和控制方法。解耦内模控制器包括动态解耦补偿模块，基于对象模型相关矩阵的一体化设计消除耦合，实现动态解耦；广义动态逆模块，用于根据广义被控对象的给定值计算输入值，使被控变量的输出值达到其给定值；低通滤波模块，增强系统的鲁棒性；以及全通补偿模块，用于消除广义被控对象的非最小相位部分(右半平面(RHP)零点)的不利影响，通过全通补偿设计，使广义动态逆模块可实现。本发明简单可行，消除了动态解耦的不可实现因素，大大简化了这种被控对象的动态解耦设计控制器过程求逆的难度，能实现完全动态解耦，提高了系统的控制精度及鲁棒性。

主权项

一种多变量时滞非最小相位的非方系统的解耦内模控制器，其特征在于，包括：动态解耦补偿模块，用于基于对象模型相关矩阵的一体化设计来消除多变量非方系统的耦合，通过添加全通解耦补偿，处理运算过程中产生的不稳定极点，使得多变量时滞非最小相位的非方系统的被控变量的输出值达到其给定值，实现动态解耦；广义动态逆模块，用于根据多变量时滞非最小相位非方系统的广义被控对象的给定值计算其输入值，使得多变量时滞非最小相位非方系统的被控变量的输出值达到其给定值；低通滤波模块，用于把给定值和反馈值之差作为输入值并对所述动态解耦补偿模块和广义动态逆模块的输出值进行低通滤波；全通补偿模块，用于消除多变量时滞非最小相位非方系统的广义被控对象的非最小相位部分即右半平面零点给控制性能带来的不利影响，通过设计一体化全通补偿设计，使得所述的广义动态逆模块能够实现；所述多变量非方时滞系统的模型为m输入，n输出的被控对象，其中m>n；其中，为Gp(s)的第j个输入和第i个输出之间的传递函数，gij0(s)是正则的有理传递函数，θij为对应的时滞部分；其中，与所述多变量时滞非方非最小相位系统并联的被控对象的模型为Gm(s)，则所述动态解耦补偿模块根据Gm(s)的相关矩阵和以此运算而产生的不稳定极点来设计，其中：是对象模型Gm(s)的共轭转置，即为矩阵的伴随矩阵，所述的广义动态逆模块根据所述对象模型Gm(s)的广义被控对象来设计，所述全通补偿模块根据所述对象模型Gm(s)的广义被控对象的非最小相位部分设计；当m>n时，所述的解耦内模控制器K(s)为：K(s)＝K'(s)GIMC(s)其中，K'(s)为所述的动态解耦补偿模块，GIMC(s)为针对广义被控对象H(s)设计的内模控制器，H‑(s)为解耦后的广义被控对象H(s)的最小相位部分，为H‑(s)的动态逆，即所述的广义动态逆模块，T(s)为所述的全通补偿模块，f(s)为所述的低通滤波模块；所述的动态解耦补偿模块K'(s)包括Gm(s)的相关矩阵和解耦补偿对角矩阵KD(s)，且其中，是对象模型Gm(s)的共轭转置，即为行列式的值，为矩阵的伴随矩阵，解耦补偿对角矩阵KD(s)包含了矩阵中时滞部分和不稳定极点，且：其中，θim为矩阵中第i列所有元素时滞量中的最大时滞，pk为计算时产生的不稳定极点，为pk的共轭转置；ri为第i列中不稳定极点的总数，qi为相同不稳定极点pk的个数；所述的GIMC(s)为针对广义被控对象H(s)设计的内模控制器；经过动态解耦补偿模块K'(s)的设计，所述的广义被控对象模型H(s)包含和解耦补偿对角矩阵KD(s)，必定为对角矩阵，即：所述全通补偿器T(s)，包含了广义被控对象H(s)的RHP零点，且：其中，zi为广义被控对象H(s)的RHP零点，q为同一RHP零点的个数；所述低通滤波模块f(s)是针对广义被控对象模型矩阵进行矩阵分解后得到的最小相位部分的分量的阶次设计的低通滤波器，低通滤波模块表示为：其中，λ为滤波器参数，r的取值取决于内模控制器的物理可实现。