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一种内反馈控制器IFC的研究与应用

更新时间：2019-12-26 18:55:05 大小：813K 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：内反馈控制器 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

通过一种高增益PI控制器(High gain proportion integration,HGPI)和一种内反馈器(Internal feedback device,IFD)构造出一种内反馈控制器(Internal feedback controller,IFC).文中通过HGPI进行IFD逆变换与标称模型的分析方法,分析了IFC的控制特性.IFC较好解决了一些高性能控制器的结构复杂和难以工程化等问题.IFD采用了一种不改变实际s阶次的任意阶的内反馈结构(Internal feedback structure,IFS),对于高阶对象无需降阶处理.文中还从信号处理的角度提出了一种用于IFC降阶处理的正弦跟踪滤波器(Sinusoid tracking filter,STF),具有较小的滞后特性.文中提出的内反馈控制器IFC具有简单的结构、整定参数较少、较好的鲁棒性和较强的抗扰性,并且具有良好工程应用前景.数学分析、仿真实验(包括物理实验)和实际应用的结果进一步证实了文中所提出的内反馈控制器IFC的正确性和有效性.

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第 44 卷 第 9 期  
2018 年 9 月  
自
动
化
学
报
Vol. 44, No. 9  
ACTA AUTOMATICA SINICA  
September, 2018  
一种内反馈控制器 IFC 的研究与应用  
李 军 1  
陈世和 2  
万文军 3  
王越超 3  
黄卫剑 3  
摘
要
通过一种高增益 PI 控制器 (High gain proportion integration, HGPI) 和一种内反馈器 (Internal feedback device,  
IFD) 构造出一种内反馈控制器 (Internal feedback controller, IFC). 文中通过 HGPI 进行 IFD 逆变换与标称模型的分析方  
法, 分析了 IFC 的控制特性. IFC 较好解决了一些高性能控制器的结构复杂和难以工程化等问题. IFD 采用了一种不改变实  
际 s 阶次的任意阶的内反馈结构 (Internal feedback structure, IFS), 对于高阶对象无需降阶处理. 文中还从信号处理的角度  
提出了一种用于 IFC 降阶处理的正弦跟踪滤波器 (Sinusoid tracking filter, STF), 具有较小的滞后特性. 文中提出的内反馈  
控制器 IFC 具有简单的结构、整定参数较少、较好的鲁棒性和较强的抗扰性, 并且具有良好工程应用前景. 数学分析、仿真实  
验 (包括物理实验) 和实际应用的结果进一步证实了文中所提出的内反馈控制器 IFC 的正确性和有效性.  
关键词 内反馈控制器, 高增益, 频率特性, 闭环稳定, 一阶微分, 一阶惯性  
引用格式 李军, 陈世和, 万文军, 王越超, 黄卫剑. 一种内反馈控制器 IFC 的研究与应用. 自动化学报, 2018, 44(9):  
1706−1716  
DOI 10.16383/j.aas.2018.c160815  
An Internal Feedback Controller  
LI Jun1  
CHEN Shi-He2  
WAN Wen-Jun3  
WANG Yue-Chao3  
HUANG Wei-Jian3  
Abstract An internal feedback controller (IFC) is constructed by a high gain proportion integration controller (HGPI)  
and an internal feedback device (IFD) in this paper. By utilizing the reverse conversion of IFD and nominal model of  
HGPI, the control characteristics of IFC are analyzed. Problems of traditional controllers such as complicated structure  
and hard to implement can be solved by this IFC. In the IFD, an internal feedback structure with universal order is  
adopted, which does not change the actual s order. For high-order plants, the proposed controller needs no order-  
reduction operation. A sinusoid tracking filter (STF) is designed to handle the order-reduction of IFC from the vision of  
signal processing, which has a better latency feature. The proposed IFC, which has the advantages of simple structure,  
fewer tuning parameters, good robustness and strong anti-interference, would have a good practical application prospect.  
The correctness and effectiveness of the proposed IFC has been validated by theoretic analysis, simulation and physical  
experiments and practical application.  
Key words Internal feedback controller, high gain, frequency characteristic, closed-loop stability, first-order differential,  
first-order inertia  
Citation Li Jun, Chen Shi-He, Wan Wen-Jun, Wang Yue-Chao, Huang Wei-Jian. An internal feedback controller. Acta  
Automatica Sinica, 2018, 44(9): 1706−1716  
模型是现代先进控制理论的基础 经过数十  
年的发展 理论研究成果相当丰富和完善[1−3]  
不过  
长期以来 围绕改进  
抑制不确定性的能力至今还不是很好[6]  
的各种研究一直没有间断  
然
而 经典  
[4−5]  
如最优  
中还融入了  
将
控制[7−9] 在现代先进控制理论的研究  
算法[10−11]  
控制仍占据着工业过程控制的主导地位  
用于高阶对象的控制 存在模型的降  
收稿日期 2016-12-12 录用日期 2017-06-12  
Manuscript received December 12, 2016; accepted June 12,  
2017  
国家重点研发计划 (2017YFB0903604) 资助  
Support by National Key R&D Plan of China  
(2017YFB0903604)  
本文责任编委 谢永芳  
Recommended by Associate Editor XIE Yong-Fang  
1. 广东电网有限责任公司电力科学研究院 广州 510080 2. 华润电  
价[12−13] 和参数整定[14−15] 等问题  
随着各种高性能控制方法的提出 控制器的结  
构也更加趋于复杂化  
为了克服  
韩京清[16] 提出了基于非线性最速跟踪  
的非线性跟踪微分器  
和非线  
的缺点和摆脱对象模型的束缚  
力技术研究院 深圳 518000 3. 广东电科院能源技术有限责任公司 广  
州 510080  
1. Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid  
性扩张状态观测器  
Co., Ltd, Guangzhou 510080  
2. Technology Research Insti-  
tute of CR Power, Shenzhen 518000 3. Guangdong Electric  
Power Science Research Institute Energy Technology Co., Ltd,  
Guangzhou 510080  
等 在此基础上提出了以  
为核心的非线性自抗扰控制器  
万方数据  
9 期  
李军等: 一种内反馈控制器 IFC 的研究与应用  
1707  
[16]  
特别是用  
容易构造出高阶控制器 目前  
已
包括  
的参数较多和调整比较  
[17]  
取得了比较满意的仿真实验和实际应用效果  
困难 不利于工程应用  
在自抗扰控制器  
文中变量包括名称的表达具有唯一性 可相互  
引用  
包括扩张状态观测器  
1 内反馈控制系统  
的线性化方面做了大量卓有成效的工作  
实现了线性自抗扰控制器  
内反馈控制系统  
和线性扩张  
结构如图 所示  
状态观测器  
等 简化了  
和
参数的调整等  
为推广  
天
的工程应用奠定了一定的基础 今  
的研究和应用成果已较为丰富[17−20]  
的抗扰控制效果引起了业界的关注 目前  
仍然难以大规模进入工业应用 其中的原  
因值得思考  
在抗扰控制上虽然有效 但  
的结构不一定合理 例如  
远比  
复杂  
的最大问题在于不被工程人员普遍认  
可
文献  
给出了一种  
与
切换  
的控制方法  
图 1 内反馈控制系统结构示意图  
Fig. 1 Structure diagram of internal feedback control  
system  
根据给出的实验  
的性能优于  
结果 在扰动幅值较小时  
性能又反优于  
反之在在扰动幅值较大时  
的
与
的这  
在图  
中
由内反馈控制器  
、输入函数发生器  
、标称模型  
种差异反映出了滤波问题的重要性 同时也反映出  
非线性滤波方法和线性滤波方法的各自不足  
理论上  
相适应 在控制工程实践中 跨阶控制又是普遍存在  
的 将低阶 用于高阶对象的控制 存在抗扰  
性下降的问题 直接的解决方法就是增加  
阶数 但是随着 阶数的增加  
的阶数需要与控制对象的阶数  
、正弦跟踪滤波器  
[21]、外扰模型  
等构成  
由高增益  
控制器  
、内反  
的
的结构  
馈器  
所构成 其中  
也更加趋于复杂化 超过 阶以上  
经非常复杂了 另一方面 高阶  
的结构已  
不一定具有  
用于  
的降价处理  
标称模型  
工程意义 例如四阶  
的高频增益峰值高出二  
定义标称模型  
的主要目的是为了方便  
阶
两个数量级 因此 将低阶 用于  
高阶对象的控制同样存在对象模型的降价[12−13]  
等
参数的设置 实际控制对象  
与
之间可能存在很大的不确定性  
对这  
问题  
种不确定性具有良好适应性  
文献  
指出  
具有天生的抗扰性  
笔者服务于电力系统 电力系统的火电厂的对  
象大都具有惯性的特点 例如高阶惯性、高阶惯性加  
纯滞后、惯性加纯积分等 定义  
在控制工程中的长盛不衰 说明  
合客观规律的 是合理的 事实上  
一种包含内部  
的结构是符  
也是  
控制器的复合控制结构  
具有普遍的适应性 而如何能够在  
控
NM  
≥2  
制器的基础上发挥出较好的控制特性始终是人们  
追求的目标 笔者通过长期工程实践的探索 提出  
了一种内反馈控制器  
式中  
性阶数 无量纲  
的增益 无量纲  
不考虑一阶系统的情况 即  
为
的传递函数  
为
的惯  
NM  
为
的惯性常数 单位  
具有简单的结构 较少的调整参数和较  
好的鲁棒性 较强的抗扰性和较强的工程适应性等  
为
万方数据  

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