岳婷婷，石红瑞，曹南

(东华大学 信息科学与技术学院，上海 201620)



基于H∞最优灵敏度的串级控制研究与应用

岳婷婷，石红瑞，曹南

(东华大学 信息科学与技术学院，上海 201620)

摘要：串级控制系统中，副回路采用内模控制器，可以快速、有效地消除二次干扰；主回路以最优灵敏度为设计指标，由H(∞)最优控制理论得到主控制器整定参数，并简化为标准的串级控制结构。将所设计的整定方法通过嵌入WinCC全局脚本文件，使用S7-300 PLC作为控制器，应用于“THJFCS-1型现场总线过程控制系统实验装置”，对双容水箱的液位进行控制。实验结果表明： 运用该算法有较快的响应速度，超调量较小，对设定值的跟踪表现也符合要求。

关键词：内模控制最优灵敏度串级控制系统神经网络

Study and Application of Cascade Control Based on H∞Infinity Optimal Sensitivity

Yue Tingting, Shi Hongrui, Cao Nan

(College of Information Science and Technology, Donghua University, Shanghai, 201620, China)

Abstracts: Quadric disturbance can be eliminated effectively and rapidly by using inner model controller in secondary loop in the designed cascade control system. Minimum sensitivity is used as the design objective in primary loop. Regulating parameters of primary controller can be obtained by H∞optimal control theory, and is simplified into standard cascade control structure. The proposed regulating method is applied to THJFCS-1 fieldbus system process control experimental device to control the liquid level of double-holding with embedded into global script of WinCC and using S7-300 PLC as controller. The experimental results show faster response speed and smaller overshoot can be obtained by using this algorithm. The set point tracking performance also meets the requirement.

Key words:internal model control; H(∞ )infinity optimal sensitivity; cascade control system; neural networks

在过程控制的发展过程中，前馈反馈控制、自适应控制、Smith预估器、神经网络控制、多变解耦控制以及串级控制等都是比较可行的能够满足生产要求的高级过程控制系统[1]。其中串级控制系统由于能有效地解决延迟时间较长、扰动变化剧烈以及非线性系统的控制问题而得到广泛的应用。

串级控制系统由2个回路组成，可以快速消除二次干扰的内部副回路，用来完成“粗调”的任务；可以改善输出效果的外部主回路，在控制过程中起着“细调”的作用，以确保最终的输出值达到预期的要求。对串级控制的参数整定以及改进已经成为国内外控制领域研究的热点。很多研究人员将先进的控制算法与串级控制结构相结合，可以有效地提高系统的性能和鲁棒性。……