分数阶内模控制器设计提升非整数阶时滞过程控制性能

本文主要探讨了非整数阶时滞过程控制中的创新方法，即利用两自由度的分数阶内模控制器设计。传统的单自由度PID控制器在处理这类过程时，往往难以同时优化设定值跟踪特性和扰动抑制性能。作者针对这一问题，提出了一种新的控制策略。 首先，他们将分数阶内模控制器引入到非整数阶时滞系统中，这种控制器具有更高的灵活性和适应性，能够更好地适应时滞环节的复杂特性。通过一阶泰勒级数逼近，将非整数阶时滞环节近似为便于分析的线性模型，这样可以更精确地设计控制器参数。 关键的整定策略是基于截止频率和相位裕度，这是一种解析整定方法，能够确保闭环系统的稳定性以及在扰动下的鲁棒性。截止频率的设定有助于限制系统的响应速度，而相位裕度则保证了系统的稳态误差在可接受范围内。这种方法允许对控制器的参数进行独立调整，从而实现了系统鲁棒性和动态特性的解耦。 在设计过程中，根据系统的具体动态特性，如响应速度、带宽需求等，精细调整控制器的第二个参数，进一步优化了目标值跟踪性能和抗干扰能力。分数阶控制器的优势在于它可以在保持系统稳定性的同时，提供更平滑和快速的响应，这对于非线性或时滞较强的系统尤为重要。 总结来说，本文的贡献在于提出了一种有效的方法，通过两自由度分数阶内模控制器，成功改善了非整数阶时滞过程的控制性能，提升了系统的稳定性和动态响应能力，对于实际工程应用具有很高的实用价值。这项研究对于提高复杂工业过程的控制精度和效率具有重要意义。