水箱水位内模控制系统设计

摘 要

近年来，内模控制在工业过程中不仅得到广泛的应用，而且其理论研究也取得了很大的进展。内模控制（Internal Model Control, IMC）是一种简单、实用的先进控制算法，是研究其它基于模型控制策略的理论基础。本文介绍了内模控制的基本原理及内模控制器的设计方法、特性及应用，基于过程控制实验，研究了内模控制在水箱水位控制系统中的设计方案，首先对被控对象进行模型辨识着手，然后建立IMC结构模型，讨论算法优化性能指标中的参数选择，最后利用MATLAB对控制系统进行了仿真。试验结果表明，所采用的设计方法合理可行，体现了内模控制的实用性和控制效果的优越性，对于内模控制在其它领域的应用具有一定的参考价值。

关键词：内模控制，模型辨识，系统仿真

目 录

摘要 I

Abstract II

1  绪论 1

1.1  内模控制系统 1

1.1.1  内模控制的主要性质 1

1.1.2  内模控制的工业应用与分析 3

1.1.3  内模控制的发展趋势 4

1.2  本文研究的内容 4

1.2.1  研究的内容及方法 4

1.2.2  研究的意义 5

2  内模控制器的基本原理及算法设计 6

2.1  内模控制器的结构及其等价结构 6

2.2  内模控制的实现问题 7

2.3  内模控制器的设计 8

3  水箱对象的模型研究 9

3.1  对象机理模型 9

3.2  求取对象模型的平衡点 12

3.3  在平衡点附近对方程线性化 12

3.4  离散形式的线性模型 14

3.5  响应曲线法验证 15

4  水箱水位系统在MATLAB中的模拟仿真 20

4.1  自动控制系统仿真的基本概念 20

4.1.1  计算机仿真的基本概念 20

4.1.2  仿真应用 20

4.1.3  仿真技术应用意义 21

4.1.4  自控控制系统的仿真……………………………………………………………….21 

4.2  MATLAB与控制系统仿真 21

4.3  水箱水位的内模控制系统的模拟结构的设计及仿真 21

5  总结和展望 31

5.1  总结 31

5.2  展望 31

致 谢 33

参考文献 34