基于Taylor展开法整定MIC-PID控制器参数

摘要：针对一类不稳定时滞过程，采用双环控制结构，首先使广义对象(内环)稳定，然后用Tavlor级数展开法，根据内模控制原理设计外环控制器，得到等效的PID控制器参数的整定方法。仿真结果表明，整定后的系统不但具有良好鲁棒性，而且调节快速，适合于工程实际应用。
关键词：不稳定；Taylor展开；内模控制；PID控制；鲁棒性

PID控制是迄今为止最通用的控制方法，它具有结构简单，对模型误差具有鲁棒性和易于操作等特点，仍被广泛应用于冶金、化工、电力、轻工和机械等工业过程控制中。在现有的PID参数整定方法中，Ziegler-Nichols法(简Z-N法)应用最为广泛。
内模控制(IMC)是一种实用性很强的控制方法，其设计简单，跟踪调节性能好，特别是对于鲁棒性及抗干扰性的改善和大时滞系统的控制，效果尤为显著。经过多年的发展，IMC方法的应用已经从线性系统扩展到了非线性和多变量系统，并产生了多种设计方法，如零一极点对消法，预测控制法，针对PID控制器设计的方法等。将IMC引入PID控制器的设计，既可以得到明确的解析结果，降低参数设计的复杂性和随机性，又能方便地考虑到系统鲁棒性的要求。本文针对一阶不稳定时滞过程，通过对过程控制系统含有纯滞后环节的近似处理，介绍了Taylor级数在MIC-PID参数整定中的应用，最后利用仿真进行了验证。

1 内模控制
1)内模控制原理
内模控制器与简单反馈控制结构的关系，可以用图1来表示。

图中C(s)为反馈控制器，GIMC(s)为内模控制器，为被控过程对象，G(s)为过程对象模型，R(s)为设定值输入，D(s)为扰动输入，Y(s)为系统输出值。对于图1中的内模控制器，有：

2)内模控制器的设计步骤