四章串级控制系统ppt课件

1、过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章第四章第四章 串级控制系统串级控制系统 简单控制系统是过程控制中最根本、运用最广简单控制系统是过程控制中最根本、运用最广的控制方式，约占全部控制系统的的控制方式，约占全部控制系统的80。但是：。但是：随着消费过程的大型化和复杂化，操作条件更随着消费过程的大型化和复杂化，操作条件更加严厉，变量之间的关系更加复杂。加严厉，变量之间的关系更加复杂。有些消费工艺和控制要求比较特殊。有些消费工艺和控制要求比较特殊。随着技术开展，对工艺的控制目的多样化，如随着技术开展，对工艺的控制目的多样化，如产量、质量、节能、环保、效率等。产量、质量、节能、环保、效率等

2、。为此，设计出各种复杂控制系统。为此，设计出各种复杂控制系统。过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章 当对象的滞后较大，干扰比较猛烈、频繁时，当对象的滞后较大，干扰比较猛烈、频繁时，采用简单控制系统往往控制质量较差，满足不了工采用简单控制系统往往控制质量较差，满足不了工艺上的要求，这时，可思索采用串级控制系统。艺上的要求，这时，可思索采用串级控制系统。 4.1 串级控制系统根本构造及任务过程串级控制系统根本构造及任务过程串级控制是在简单控制系统根底上的改良。串级控制是在简单控制系统根底上的改良。例例 管式加热炉是炼油、化工消费中的重要安装管式加热炉是炼油、化工消费中的重要安装之一，

3、它的义务是把原油加热到一定温度，以保证之一，它的义务是把原油加热到一定温度，以保证下道工艺的顺利进展。因此，需求控制原油加热后下道工艺的顺利进展。因此，需求控制原油加热后的出口温度。的出口温度。过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章问题：问题：控制通道容量滞后控制通道容量滞后很大，控制缓慢。很大，控制缓慢。燃料压力或燃燃料压力或燃料的热值变化料的热值变化 影响炉膛温度影响炉膛温度 热传导给原料热传导给原料 影响出口温度影响出口温度15min3min原料出口温度原料出口温度1(t)原料原料T 1CT1T燃料燃料管式加热炉管式加热炉假设用简单温控系统：假设用简单温控系统：过程控制系统第

4、四章过程控制系统第四章 第五章第五章炉膛温度炉膛温度变化变化T2T、T2C回路先改动燃料量回路先改动燃料量T1T、 T1C回路再改回路再改变燃料量变燃料量出料温度出料温度变化变化处理措施：在影响出口温度的通处理措施：在影响出口温度的通道中，加测炉膛温度的变化，提早控道中，加测炉膛温度的变化，提早控制。制。燃料压力燃料压力变化变化3min原料出口温度原料出口温度1(t)原料原料T 1CT1T燃料燃料管式加热炉管式加热炉T 2CT2T过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章管式加热炉出口温度串级控制系统框图为：管式加热炉出口温度串级控制系统框图为：主控制器调理阀x1炉膛原料油f3、f4f

5、1、f2管壁温度变送器1温度变送器2副控制器x2(t)2(t)1(t) 主控制器执行器副对象主对象主变送器副变送器副控制器 主变量副变量给定干扰规范框图为：规范框图为：过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章构造特点：构造特点：系统有两个闭合回路，构成内外环。主变量是系统有两个闭合回路，构成内外环。主变量是工艺要求控制的变量，副变量是为了更好地控制主工艺要求控制的变量，副变量是为了更好地控制主变量而选用的辅助变量。变量而选用的辅助变量。主、副调理器是串联任务的，主调理器的输出主、副调理器是串联任务的，主调理器的输出作为副调理器的给定值。作为副调理器的给定值。主控制器执行器副对象主对象

6、主变送器副变送器副控制器 主变量副变量给定干扰过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章控制过程分析：控制过程分析：1燃料压力燃料压力f3(t)、燃料热值、燃料热值f4(t)发生扰动发生扰动干扰进入副回路干扰进入副回路进入副回路的干扰首先影响炉膛温度，副变送进入副回路的干扰首先影响炉膛温度，副变送器提早测出，副控制器立刻开场控制，控制过程大器提早测出，副控制器立刻开场控制，控制过程大为缩短。为缩短。主控制器调理阀x1炉膛原料油f3、f4f1、f2管壁温度变送器1温度变送器2副控制器x2(t)2(t)1(t) 过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章主控制器调理阀x1炉膛原料油

7、f3、f4f1、f2管壁温度变送器1温度变送器2副控制器x2(t)2(t)1(t) 2原油流量原油流量 f1(t)、原油入口温度、原油入口温度 f2(t)发生扰动发生扰动干扰进入主回路干扰进入主回路 对进入主回路的干扰，虽然副变送器不能提早测对进入主回路的干扰，虽然副变送器不能提早测出，但副回路的闭环负反响，使对象炉膛部分特性的出，但副回路的闭环负反响，使对象炉膛部分特性的时间常数大为缩短，那么主控制器的控制通道被缩短，时间常数大为缩短，那么主控制器的控制通道被缩短，控制效果也得到改善。控制效果也得到改善。过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章3干扰同时作用于副回路和主回路干扰同时

8、作用于副回路和主回路主副回路干扰的综合影响有两种情况：主副回路干扰的综合影响有两种情况：1主副回路的干扰影响方向一样。如：主副回路的干扰影响方向一样。如：燃料压力燃料压力f3(t)炉膛温度炉膛温度 出口温度出口温度 副控制器开场调理副控制器开场调理原油流量原油流量f1(t)出口温度出口温度主副控制器共同调理主副控制器共同调理主控制器调理阀x1炉膛原料油f3、f4f1、f2管壁温度变送器1温度变送器2副控制器x2(t)2(t)1(t) 过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章2主副回路的干扰影响方向相反。如：主副回路的干扰影响方向相反。如：燃料压力燃料压力f3(t)炉膛温度炉膛温度 出

9、口温度出口温度 副控制器开场调理副控制器开场调理原油流量原油流量f1(t)出口温度出口温度主控制器反向调理，主控制器反向调理，使副控制器调理量减小。使副控制器调理量减小。主控制器调理阀x1炉膛原料油f3、f4f1、f2管壁温度变送器1温度变送器2副控制器x2(t)2(t)1(t) 过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章4.2串级控制系统特点及其分析串级控制系统特点及其分析将串级控制系统等效成单回路控制系统讨论。将串级控制系统等效成单回路控制系统讨论。Gc1(s)Gv(s)X1(s)1(s)Go2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)Gc2(s)X2(s)2(s)F1(s)、F2(

10、s)Gm2(s)Gm1(s)F3(s)、F4(s)G*o2(s)Go2(s)X2(s)2(s)将副环等效为：将副环等效为：C2V0202C2V02m2G(s) G (s) G (s)G( )1 G(s) G (s) G (s) G(s)s0202C2V02m2G (s)G( )1G(s) G (s) G (s) G(s)s过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章C2V0202C2V02m2G(s) G (s) G (s)G( )1 G(s) G (s) G (s) G(s)s4.2.1改善被控过程的动态特性改善被控过程的动态特性 控制通道等效副对象的传函：控制通道等效副对象的传函：1

11、 12 20 02 20 02 2 sTKsG)(2 22 2ccKsG )(vv( )G sKm2m2( )GsK设：设：那么：那么：C2V02C2V02m20202C2V02m2K K K1K K K KG( )T1S1K K K KsT02 T02K02 1/Km2过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章Gc1(s)X1(s)1(s)G*o2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)Go2(s)2(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)G*c1(s)Gv(s)X1(s)1(s)Go2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)串级控制等效串级控制等效

12、真正的单回路控制真正的单回路控制 T02 T02 ，阐明主环控制通道时间常数缩短，阐明主环控制通道时间常数缩短，改善了系统的动态性能。改善了系统的动态性能。 过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章Gc1(s)X1(s)1(s)G*o2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)Go2(s)2(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)同理，经过对系统振荡频率的推导可知：同理，经过对系统振荡频率的推导可知：副回路的引入，提高了系统的任务频率，也改副回路的引入，提高了系统的任务频率，也改善了系统的动态性能。善了系统的动态性能。 从系统特征方程：从系统特征方程：1+Gc1(s)Go2(s)Go1

13、(s)Gm1(s)=0可求出系统的任务频率可求出系统的任务频率c过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章4.2.2 抗干扰才干加强抗干扰才干加强对于进入副回路的干扰，串级控制和单回路控对于进入副回路的干扰，串级控制和单回路控制前向通道的区别：制前向通道的区别：G*c1(s)Gv(s)X1(s)1(s)Go2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)Gc1(s)X1(s)1(s)G*o2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)Go2(s)2(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)串级控制等效串级控制等效真正的单回路控制真正的单回路控制过程控制系统第四章过

14、程控制系统第四章 第五章第五章0202C2V02m2G (s)G( )1 G(s) G (s) G (s) G(s)s干扰通道的传函：干扰通道的传函：1 12 20 02 20 02 2 sTKsG)(2 22 2ccKsG )(vv( )G sKm2m2( )GsK设：设：那么：那么：02*C2V02m20202C2V02m2K1K K K KG( )T1S1K K K KsT02* T02K02 * K02过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章 K02 * K02 阐明干扰通道的影响力降低；阐明干扰通道的影响力降低；T02 * T02 阐明干扰通道时间常数缩短，即阐明干扰通道时

15、间常数缩短，即副回路的控制速度快。副回路的控制速度快。 Gc1(s)X1(s)1(s)G*o2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)Go2(s)2(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)串级控制等效串级控制等效G*c1(s)Gv(s)X1(s)1(s)Go2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)真正的单回路控制真正的单回路控制过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章Gc1(s)X1(s)1(s)G*o2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)Go2(s)2(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)串级控制等效串级控制等效G*c1(s)Gv(s)X1

16、(s)1(s)Go2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)真正的单回路控制真正的单回路控制对于进入主回路的干扰，串级控制和单回路控制对于进入主回路的干扰，串级控制和单回路控制闭环回路的区别：闭环回路的区别：过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章C2V02C2V02m20202C2V02m2K K K1K K K KG( )T1S1K K K KsT02 T02K02 T02 T02 ，阐明主环通道时间常数被缩短，阐明主环通道时间常数被缩短，加快了系统的控制速度。加快了系统的控制速度。 Gc1(s)X1(s)1(s)G*o2(s)F3(s)、F4(

17、s)Go1(s)Go2(s)2(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)串级控制等效串级控制等效过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章4.2.3对负荷和操作条件变化的顺应才干加强对负荷和操作条件变化的顺应才干加强有些消费过程的工艺条件经常变化。而在不同的有些消费过程的工艺条件经常变化。而在不同的工艺点，对象的放大倍数往往不同。假设是单回路控工艺点，对象的放大倍数往往不同。假设是单回路控制，这会导致控制质量下降。制，这会导致控制质量下降。G*c1(s)Gv(s)X1(s)1(s)Go2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)真正的单回路控制真正的单回路

18、控制过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章C2V02C2V02m20202C2V02m2KK K1KK KKG( )T1S1KK KKsK02 1/Km2对于串级控制，部分对象被包含在副回路中，其对于串级控制，部分对象被包含在副回路中，其放大倍数被负反响压制。因此工艺负荷或操作条件变放大倍数被负反响压制。因此工艺负荷或操作条件变化时，调理系统依然具有较好的控制质量。化时，调理系统依然具有较好的控制质量。Gc1(s)Gv(s)X1(s)1(s)Go2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)Gc2(s)X2(s)2(s)F1(s)、F2(s)Gm2(s)Gm1(s)过程控制系统第四章过

19、程控制系统第四章 第五章第五章串级系统特点总结：串级系统特点总结：对进入副回路的干扰有很强的抑制才干；对进入副回路的干扰有很强的抑制才干； 改善了被控过程的动态特性，提高了系统的任改善了被控过程的动态特性，提高了系统的任务频率；对进入主回路的干扰控制效果也有改善；务频率；对进入主回路的干扰控制效果也有改善；对负荷或操作条件的变化有一定自顺应才干。对负荷或操作条件的变化有一定自顺应才干。 调理效果比较调理效果比较串级控制串级控制单回路控制单回路控制ty过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章4.3 串级控制系统的设计与参数整定串级控制系统的设计与参数整定4.3.1串级控制系统的方案设计

20、串级控制系统的方案设计1主回路设计主回路设计 主回路设计与单回路控制系一致样。主回路设计与单回路控制系一致样。Gc1(s)Gv(s)X1(s)1(s)Go2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)Gc2(s)X2(s)2(s)F1(s)、F2(s)Gm2(s)Gm1(s)过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章2副回路的选择副回路的选择副回路设计中，最重要的是选择副回路的被控副回路设计中，最重要的是选择副回路的被控参数串级系统的副参数。副参数的选择普通应参数串级系统的副参数。副参数的选择普通应遵照下面几个原那么：遵照下面几个原那么： 主、副变量有对应关系主、副变量有对应关系副参数的选

21、择必需使副回路包含变化猛烈的副参数的选择必需使副回路包含变化猛烈的主要干扰，并尽能够多包含一些干扰主要干扰，并尽能够多包含一些干扰副参数的选择应思索主、副回路中控制过程副参数的选择应思索主、副回路中控制过程的时间常数的匹配，以防的时间常数的匹配，以防“共振共振 的发生的发生应留意工艺上的合理性和经济性应留意工艺上的合理性和经济性过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章3主、副调理器调理规律的选择主、副调理器调理规律的选择在串级系统中，主参数是系统控制义务，副参数辅在串级系统中，主参数是系统控制义务，副参数辅助变量。这是选择调理规律的根本出发点。助变量。这是选择调理规律的根本出发点。主

22、参数是消费工艺的主要控制目的，工艺上要求比主参数是消费工艺的主要控制目的，工艺上要求比较严厉。所以，主调理器通常选用较严厉。所以，主调理器通常选用PI调理，或调理，或PID调理。调理。控制副参数是为了提高主参数的控制质量，对副参控制副参数是为了提高主参数的控制质量，对副参数的要求普通不严厉，允许有静差。因此，副调理数的要求普通不严厉，允许有静差。因此，副调理器普通选器普通选P调理就可以了。调理就可以了。 过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章4主、副调理器正、反作用方式确实定主、副调理器正、反作用方式确实定对串级控制系统来说，主、副调理器正、反作用对串级控制系统来说，主、副调理器正

23、、反作用方式的选择原那么依然是使系统构成负反响。方式的选择原那么依然是使系统构成负反响。选择时的顺序是：选择时的顺序是：1、根据工艺平安或节能要求确定调理阀的正、反、根据工艺平安或节能要求确定调理阀的正、反作用；作用；2、按照副回路构成负反响的原那么确定副调理器、按照副回路构成负反响的原那么确定副调理器的正、反作用；的正、反作用；3、根据主回路构成负反响的原那么，确定主调理、根据主回路构成负反响的原那么，确定主调理器的正、反作用。器的正、反作用。过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章以管式加热炉为例，阐明串级控制系统主、副调理以管式加热炉为例，阐明串级控制系统主、副调理器的正、反作

24、用方式确实定方法。器的正、反作用方式确实定方法。1、从消费工艺平安出发，燃料油调理阀选用气开式、从消费工艺平安出发，燃料油调理阀选用气开式正作用。一旦出现缺点或气源断气，调理阀应封正作用。一旦出现缺点或气源断气，调理阀应封锁，切断燃料油进入加热炉，确保设备平安。锁，切断燃料油进入加热炉，确保设备平安。原料出口温度原料出口温度1(t)原料原料T 1CT1T燃料燃料管式加热炉管式加热炉T 2CT2T过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章2、副回路中，调理阀开大，炉膛温度升高，丈量、副回路中，调理阀开大，炉膛温度升高，丈量信号增大，阐明副对象和变送器都是正作用。为保证信号增大，阐明副对象

25、和变送器都是正作用。为保证副回路为负反响，副调理器应为反作用方式。副回路为负反响，副调理器应为反作用方式。原料出口温度原料出口温度1(t)原料原料 T1C T1T燃料燃料管式加热炉管式加热炉 T2C T2T过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章3、对于主调理器，调理阀开大，炉膛温度升高时，、对于主调理器，调理阀开大，炉膛温度升高时，原料油出口温度也升高，阐明主对象和主变送器也原料油出口温度也升高，阐明主对象和主变送器也都是正作用。为保证主回路为负反响，主调理器也都是正作用。为保证主回路为负反响，主调理器也应为反作用方式。应为反作用方式。原料出口温度原料出口温度1(t)原料原料 T1

26、C T1T燃料燃料管式加热炉管式加热炉 T2C T2T过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章5串级系统的工业运用串级系统的工业运用当消费工艺要求高，采用简单控制系统满足不当消费工艺要求高，采用简单控制系统满足不了工艺要求的情况下，可思索采用串级控制系统。了工艺要求的情况下，可思索采用串级控制系统。串级控制系统常用于下面一些消费过程。串级控制系统常用于下面一些消费过程。1容量滞后较大的过程容量滞后较大的过程2纯滞后较大的过程纯滞后较大的过程3干扰幅度大的过程干扰幅度大的过程4非线性严重的过程非线性严重的过程过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章4.3.2串级控制系统的参数

27、整定串级控制系统的参数整定有逐渐逼近法、两步整定法和一步整定法。有逐渐逼近法、两步整定法和一步整定法。1逐渐逼近法逐渐逼近法依次整定副回路、主回路。并循环进展，逐渐接依次整定副回路、主回路。并循环进展，逐渐接近主、副回路最正确控制形状。近主、副回路最正确控制形状。 2两步整定法两步整定法系统处于串级任务形状，第一步按单回路方法整系统处于串级任务形状，第一步按单回路方法整定副调理器参数；第二步把曾经整定好的副回路视为定副调理器参数；第二步把曾经整定好的副回路视为一个环节，仍按单回路对主调理器进展参数整定。一个环节，仍按单回路对主调理器进展参数整定。过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五

28、章3一步整定法一步整定法所谓一步整定法，就是根据阅历，先将副调理器所谓一步整定法，就是根据阅历，先将副调理器参数一次调好，不再变动，然后按普通单回路控制系参数一次调好，不再变动，然后按普通单回路控制系统的整定方法直接整定主调理器参数。统的整定方法直接整定主调理器参数。表表7.17.1一步整定法副调理器参数选择范围一步整定法副调理器参数选择范围副参数类型副参数类型 副调理器比例度副调理器比例度22% % 副调理器比例增益副调理器比例增益Kc2Kc2 温度温度 20 2060 60 5.05.01.71.7 压力压力 30 3070 70 3.03.01.41.4 流量流量 40 4080 80

29、2.52.51.251.25 液位液位 20 2080 80 5.05.01.251.25过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章第五章第五章 前馈控制系统前馈控制系统前馈控制的原理是：当系统出现扰动时，前馈控制的原理是：当系统出现扰动时，立刻将其丈量出来，经过前馈控制器，根据扰立刻将其丈量出来，经过前馈控制器，根据扰动量的大小改动控制变量，以抵消扰动对被控动量的大小改动控制变量，以抵消扰动对被控参数的影响。参数的影响。5.15.1前馈控制的任务原理及其特点前馈控制的任务原理及其特点1 1、反响控制的特点：、反响控制的特点：不论是什么干扰，只需引起被调参数的变化，不论是什么干扰，只需

30、引起被调参数的变化，调理器均可根据偏向进展调理。但必需被调参数变调理器均可根据偏向进展调理。但必需被调参数变化后才进展调理，调理速度难以进一步提高。化后才进展调理，调理速度难以进一步提高。过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章MTTTC蒸汽蒸汽换热器换热器冷物料冷物料入口入口热物料热物料出口出口冷凝水冷凝水 针对冷物料针对冷物料流量变化的最正流量变化的最正确调理效果：确调理效果：ty过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章为了改动事后调理的情况，提出前馈控制的思为了改动事后调理的情况，提出前馈控制的思绪：根据冷物料流量绪：根据冷物料流量Q的大小，调理阀门开度。的大小，调理

31、阀门开度。 2 2、前馈控制的原理与特点、前馈控制的原理与特点M蒸汽蒸汽换热器换热器冷物料冷物料入口入口热物料热物料出口出口冷凝水冷凝水FTFB过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章Gb(s)Gfs)Go(s)Gm(s)Gv(s)M蒸汽蒸汽换热器换热器冷物料冷物料入口入口热物料热物料出口出口冷凝水冷凝水FTFBF(s)Y(s)Gv(s)Gb(s)Gm(s)F(s)Gfs)Go(s)Y(s)用方框图表示：用方框图表示：过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章补偿原理补偿原理假设补偿量和干扰量以同样的大小和速度作用假设补偿量和干扰量以同样的大小和速度作用于被控变量，且作用方向

32、相反的话，被控变量不变。于被控变量，且作用方向相反的话，被控变量不变。 Y(S) = F(S)Gf(s)+ F(S)Gm(s)Gb(s)Gv(s)Go(s) = 0Gv(s)Gb(s)Gm(s)F(s)Gfs)Go(s)Y(s)过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章得：得：前馈补偿规律的推导：前馈补偿规律的推导：Y(S) = F(S)Gf(s)+ F(S)Gm(s)Gb(s)Gv(s)Go(s) = 0fbomvG (s)G ( )G ( ) G (s) G (s)ss Gv(s)Gb(s)Gm(s)F(s)Gfs)Go(s)Y(s)过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五

33、章q前馈控制的特点：前馈控制的特点：q前馈控制器是按是按照干扰的大小进展控制前馈控制器是按是按照干扰的大小进展控制的，的， 称为称为“扰动补偿。假设补偿准确，被调变量扰动补偿。假设补偿准确，被调变量不会变化，能实现不会变化，能实现“不变性控制。不变性控制。q前馈控制是开环控制，控制造用几乎与干扰前馈控制是开环控制，控制造用几乎与干扰同步产生，是事先调理，速度快。同步产生，是事先调理，速度快。q前馈控制器的控制规律不是前馈控制器的控制规律不是PID控制，是由控制，是由对象特性决议的。对象特性决议的。q前馈控制只对特定的干扰有控制造用，对其前馈控制只对特定的干扰有控制造用，对其它干扰无效。它干扰无

34、效。过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章3前馈控制的局限性前馈控制的局限性实践工业过程中的干扰很多，不能够对每个实践工业过程中的干扰很多，不能够对每个干扰设计一套控制系统，况且有的干扰的在线检测干扰设计一套控制系统，况且有的干扰的在线检测非常困难。非常困难。前馈控制器的补偿控制规律很难准确计算，前馈控制器的补偿控制规律很难准确计算，即使前馈控制器设计的非常准确，即使前馈控制器设计的非常准确， 实现时也会存在实现时也会存在误差，而开环系统对误差无法自我纠正。误差，而开环系统对误差无法自我纠正。因此，普通将前馈控制与反响控制结合运用。因此，普通将前馈控制与反响控制结合运用。前馈控制针

35、对主要干扰，反响控制针对一切干扰。前馈控制针对主要干扰，反响控制针对一切干扰。过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章5.2前馈控制系统的构造前馈控制系统的构造前馈控制的构造有静态补偿和动态补偿。前馈控制的构造有静态补偿和动态补偿。 1静态前馈控制系统静态前馈控制系统所谓静态前馈控制，是前馈控制器的补偿控制所谓静态前馈控制，是前馈控制器的补偿控制规律，只思索静态增益补偿，不思索速度补偿。规律，只思索静态增益补偿，不思索速度补偿。fbomvG (s)G ( )G ( ) G (s) G (s)ss fbbomvKG (0)KKKK Gv(s)Gb(s)Gm(s)F(s)Gf(s)Go(

36、s)Y(s)S=0时时过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章静态前馈系统构造简单、易于实现，前馈控制静态前馈系统构造简单、易于实现，前馈控制器就是一个比例放大器。但控制过程中，动态偏向器就是一个比例放大器。但控制过程中，动态偏向依然存在。依然存在。2动态前馈控制系统动态前馈控制系统完全按照补偿控制规律制造控制器。完全按照补偿控制规律制造控制器。实际上，动态前馈控制能在每个时辰都完全补偿实际上，动态前馈控制能在每个时辰都完全补偿扰动对被控参数的影响。但补偿控制规律比较复杂，扰动对被控参数的影响。但补偿控制规律比较复杂，经常无法获得准确表达式，也难以精确实现。经常无法获得准确表达式，也

37、难以精确实现。fbomvG (s)G ( )G ( ) G (s) G (s)ss 过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章3前馈前馈反响复合控制系统反响复合控制系统为了抑制前馈控制的局限性，将前馈控制和反响为了抑制前馈控制的局限性，将前馈控制和反响控制结合起来，组成前馈控制结合起来，组成前馈反响复合控制系统。反响复合控制系统。 v如换热器出口温度前馈如换热器出口温度前馈反响复合控制系统。反响复合控制系统。TTTCM蒸汽蒸汽换热器换热器冷物料冷物料入口入口热物料热物料出口出口冷凝水冷凝水FTFB过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章 在前馈在前馈反响复合控制系统中，设定值

38、反响复合控制系统中，设定值X(s)、干扰干扰F(s)对输出对输出Y(s)的共同影响为：的共同影响为：0vc0vcmT( )( )( )Y( )( )1( )( )( )G(S)G s G s GssX sG s G s G sfovbmFovcmT( )G (S)G (S)G (S)G(S)( )1( )( )( )G(S)G sF sG s Gs G sGv(s)Gb(s)GmF(s)F(s)Gf(s)Go(s)Y(s)GmT(s)Gc(s)X(s)过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章fovbmFfovcmT( )G (S)G (S)G (S)G(S)Y (S)( )1( )(

39、 )( )G(S)G sF sG s G s G s1、传函分子即是前馈控制系统的补偿条件。阐、传函分子即是前馈控制系统的补偿条件。阐明复合控制系统与开环前馈控制系统的补偿条件完全明复合控制系统与开环前馈控制系统的补偿条件完全一样，并不由于引进反响控制而有所改动。一样，并不由于引进反响控制而有所改动。2、传函分母即是反响控制系统的闭环传送函数。、传函分母即是反响控制系统的闭环传送函数。阐明反响控制系统的稳定性并不由于引进前馈控制而阐明反响控制系统的稳定性并不由于引进前馈控制而有所改动；且由于反响控制回路的存在，使前馈控制有所改动；且由于反响控制回路的存在，使前馈控制的精度比开环前馈控制高。的精

40、度比开环前馈控制高。干扰通道的传送函数为：干扰通道的传送函数为：过程控制系统第四章过程控制系统第四章 第五章第五章复合控制系统具有以下优点：复合控制系统具有以下优点：在反响控制的根底上，针对主要干扰进展前馈补在反响控制的根底上，针对主要干扰进展前馈补偿。既提高了控制速度，又保证了控制精度。偿。既提高了控制速度，又保证了控制精度。反响控制回路的存在，降低了对前馈控制器的精反响控制回路的存在，降低了对前馈控制器的精度要求，有利于简化前馈控制器的设计和实现。度要求，有利于简化前馈控制器的设计和实现。在单纯的反响控制系统中，提高控制精度与系统在单纯的反响控制系统中，提高控制精度与系统稳定性是一对矛盾。往往为保证系统的稳定性而无法稳定性是一对矛盾。往往为保证系统的稳定性而无法实现高精度的控制。而前馈实现高精度的控制。而前馈反响控制系统既可实反响