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內(nèi)模控制內(nèi)?？刂剖且环N基于過程數(shù)學(xué)模型進(jìn)行控制器設(shè)計的新型控制策略。它與史，控制器設(shè)計可由過程模型直接求取。密斯預(yù)估控制很相似，有一個被稱為內(nèi)部模型的過程模型設(shè)計簡單、控制性能好、魯棒性強(qiáng)，并且便于系統(tǒng)分析。內(nèi)模控制方法由Garcia和Morari于1982年首先正式提出?？梢院驮S多其它控制方式相結(jié)合，如內(nèi)模控制與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)?？刂婆c模糊控制、內(nèi)?？刂坪妥赃m應(yīng)控制、內(nèi)模控制和最優(yōu)控制、預(yù)測控制的結(jié)合使內(nèi)?？刂撇粩嗟玫礁倪M(jìn)并廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中，取得了良好的效果。內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)：——實(shí)際對象；——對象模型；——給定值；——系統(tǒng)輸出；——在控制對象輸出上疊加的擾動。內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計思路是從理想控制器出發(fā)，然后考慮了某些實(shí)際存在的約束，再回到實(shí)際控制器的。討論兩種不同輸入情況下，系統(tǒng)的輸出情況：討論兩種不同輸入情況下，系統(tǒng)的輸出情況：（1）當(dāng)時：假若模型準(zhǔn)確，即由圖可見假若“模型可倒”，即可以實(shí)現(xiàn)可得不管如何變化，對的影響為零。表明控制器是克服外界擾動的理想控制器。則令（（2）當(dāng)時：假若模型準(zhǔn)確，即又因?yàn)?，則表明控制器是跟蹤變化的理想控制器。當(dāng)模型沒有誤差其反饋信號——內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)具有開環(huán)結(jié)構(gòu)。內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計內(nèi)?？刂破鞯脑O(shè)計步驟1因式分解過程模型式中，包含了所有的純滯后和右半平面的零點(diǎn)，并規(guī)定其靜態(tài)增益為1。為過程模型的最小相位部分。步驟2設(shè)計控制器這里f為IMC濾波器。選擇濾波器的形式，以保證內(nèi)?？刂破鳛檎娣质健！麛?shù)，選擇原則是使成為有理傳遞函數(shù)。對于階躍輸入信號，可以確定Ⅰ型IMC濾波器的形式對于斜坡輸入信號，可以確定Ⅱ型IMC濾波器的形式為——濾波器時間常數(shù)。因此，假設(shè)模型沒有誤差，可得設(shè)設(shè)時表明：濾波器與閉環(huán)性能有非常直接的關(guān)系。濾波器中的時間常數(shù)是個可調(diào)整的參數(shù)。時間常數(shù)越小，對的跟蹤滯后越小。事實(shí)上，濾波器在內(nèi)模控制中還有另一重要作用，即利用它可以調(diào)整系統(tǒng)的魯棒性。其規(guī)律是，時間常數(shù)越大，系統(tǒng)魯棒性越好。1～1～4曲線分別為取0.1、0.5、1.2、2.5時，系統(tǒng)的輸出曲線。討論（1）當(dāng),,時，濾波時間常數(shù)取不同值時，系統(tǒng)的輸出情況。（2）當(dāng),，由于外界干擾使由1變?yōu)?.3，取不同值時，系統(tǒng)的輸出情況。例1過程工業(yè)中的一階加純滯后過程（無模型失配和無外部擾動的情況）。則在單位階躍信號作用下，設(shè)計IMC控制器為過程無擾動過程有擾動例2例2考慮實(shí)際過程為內(nèi)部模型為(a)IMC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（b）Smith預(yù)估控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)存在模型誤差時的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖比較IMC和Smith預(yù)估控制兩種控制策略。不存在模型誤差仿真輸出不存在模型誤差仿真輸出存在模型誤差時IMC仿真存在模型誤差時Smish預(yù)估控制仿真(a)(b)(c)內(nèi)模PID控制器：內(nèi)模控制的等效變換內(nèi)?？刂频牡刃ё儞Q圖中虛線方框?yàn)榈刃У囊话惴答伩刂破鹘Y(jié)構(gòu)圖中虛線方框?yàn)閮?nèi)?？刂破鹘Y(jié)構(gòu)用用IMC模型獲得PID控制器的設(shè)計方法反饋系統(tǒng)控制器為即因?yàn)樵跁r，得：可以看到控制器的零頻增益為無窮大。因此可以消除由外界階躍擾動引起的余差。這表明盡管內(nèi)?？刂破鞅旧頉]有積分功能，但由內(nèi)?？刂频慕Y(jié)構(gòu)保證了整個內(nèi)?？刂瓶梢韵嗖?。例例3設(shè)計一階加純滯后過程的IMC－PID控制器。⑴對純滯后時間使用一階Pade近似⑵分解出可逆和不可逆部分⑶構(gòu)成理想控制器⑷⑷加一個濾波器這時不需要使為有理，因?yàn)镻ID控制器還沒有得到，容許子比分母多項(xiàng)式的階數(shù)高一階。由：展開分子項(xiàng)展開分子項(xiàng)①選PID控制器的傳遞函數(shù)形式為②比較①②式，用乘以②式與常規(guī)PID控制器參數(shù)整定相比，IMC－PID控制器參數(shù)整定僅需要調(diào)整比例增益。比例增益與是反比關(guān)系，大，比例增益小，小，比例增益大。得：內(nèi)?？刂频碾x散算式：步驟1步驟1因式分解過程模型離散形式的內(nèi)?？刂剖街?，為過程非最小相位部分，包含純滯后，包含單位圓外的零點(diǎn)，和的靜態(tài)增益均為1。如果過程包含N個采樣周期的純滯后，則在過程沒有純滯后的情況下，。反映采樣過程的固有延遲。如果過程模型中包含有單位圓外的零點(diǎn)如果過程模型中包含有單位圓外的零點(diǎn)式中，是的零點(diǎn)，而且如果系統(tǒng)沒有零點(diǎn)步驟2設(shè)計控制器是可調(diào)整參數(shù)，當(dāng)很小，能改善閉環(huán)性能，但對模型誤差變得敏感；而當(dāng)較大時，則相反?！蓸又芷?，——濾波器的時間常數(shù)內(nèi)模控制系統(tǒng)的性質(zhì)：1、穩(wěn)定性 當(dāng)Gp(s)=Gm(s)時，閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的充分條件是控制器與過程本身均為穩(wěn)定。推論： （1）IMC不能直接應(yīng)用于開環(huán)不穩(wěn)定對象； （2）對于開環(huán)穩(wěn)定對象，系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件為：控制器本身穩(wěn)定。2、逆?？刂破魅鬐m(s)=Gp(s)=Q(s)/P(s)*e-τs，而且Gp(s)為開環(huán)穩(wěn)定；則存在理想控制器 其中Q-(s)