本发明专利技术实施例提供了多变量系统的内模控制器、控制系统和控制方法。该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，用于对动态逆模块计算的输入值进行过滤；和补偿模块，其根据与多变量系统并联的对象模型的非最小相位部分设计，用于对动态逆模块进行补偿，以使得动态逆模块能够实现。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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自动控制领域，具体涉及一种。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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。根据本专利技术一种实施方式，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。本专利技术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。本专利技术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是根据本专利技术实施例的多变量系统的内模控制器结构图2是根据本专利技术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是利用本专利技术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是利用本专利技术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。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。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H00控制相结合，其控制结构由内模控制的内环和H00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。为了更好地对本专利技术的技术方案进行说明，以下先对本专利技术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mXn矩阵，若nXm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Xh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mXn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= Ah(AAh)A其次，关于矩阵分解矩阵分解在矩阵论中有着广泛的应用，通过矩阵分解，可以获得矩阵的很多性质， 有几种比较常见的矩阵分解方法，如LU分解、QR分解及奇异值分解等。其中，奇异值分解相关理论如下定理设A是mX η矩阵，rank (A) = r,贝丨JΣ 01)存在酉矩阵 U e Cmxn，V e Cnxn 使得 J = U( q q)Vh ,其中 Σ r = diag(o ” A, or), O1, Λ, %是A的全部非零奇异值；2)Α = σ ^ν^+Λ + σ rurvrH 其中 U = (u1; Λ，ur)，V = (ν,, Λ，vr)。以下将以具体实施例对本专利技术进行说明。在本专利技术实施例中，在内模控制器的设计过程中，通过在内模控制器的传递函数中添加补偿项来消除针对多变量系统设计的内模控制器的不可实现因素，从而提高内模控制器的可实现性。图1是根据本专利技术实施例的多变量系统的内模控制器结构图。如图1所示，本专利技术实施例的内模控制器100包括动态逆模块101，用于根据待控制的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；波滤器102，用于对所述动态逆模块101计算出的输入值进行过滤；补偿模块103，其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， 用于对所述动态逆模块101进行补偿，以使得所述动态逆模块101能够实现。在本专利技术一种实施方式中，待控制的多变量系统的模型为η个输入m个输出的被控对象，其模型为权利要求1.一种多变量系统的内模控制器，其特征在于，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，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。2.如权利要求1所述的内模控制器，其特征在于，所述多变量系统的模型为η个输入m 个输出的被控对象，其模型为 其中，g,⑷=g明(Φ、'为& (s)的第j个输入与第i个输出之间的传递函数， ；^和^jci(S)是严真且稳定的矩阵；θ iJ0彡O为该通道的传输时滞；其中，与所述多变量系统并联的对象模型为Gm(S)，则所述动态逆模块根据Gm(S)的动态逆设计，所述补偿模块根据所述对象模SGm(s)的非最小相位部分Gm+(s)来设计。3.如权利要求2述的内模控制器，其特征在于，当m= n时，所述内模控制器为=Cnc(S) =F(s)GnT1(S)Gm+(s)，其中，F(s)为所述滤波器模块，G1;1 (s)为所述对象模SGm(S)的逆。4.如权利要求2述的内模控制器，其特征在于，当m不等于η时，所述内模控制器为 Cjmc(S) = G(S)Gm+ (S) F (S) ^φ, F(s)为所述滤波器模块，《⑷为所述对象模型Gm (s)的广义逆。5.如权利要求3或4所述的内模控制器，其特征在于，所述Gm+(s)包含了Gm(S)的时滞部分和 RHP 零点，且= diagl \i = 1,2,…,m. 其中，0 Ki为《⑷中第i列元素含有的最大时滞，Zp为矩阵《⑷第i列元素中存在的 RHP极点，<为、的共轭,Wi表示同一 RHP极点％的最大个数，Di表示G:第i列元素存在Di 个不同的RHP极点。6.如权利要求1-4中任一项所述的内模控制器，其特征在于，所述滤波器模块根据对所述对象模型的模型终值进行矩阵分解后所得到的分量进行设计。7.如权利要求6所述的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：靳其兵，刘斯文，赵亮，曹丽婷，汪克文，
申请(专利权)人：靳其兵，
类型：发明
国别省市：
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