过程控制教程第5讲 前馈控制 25页ppt课件

1、Process Control & Instrumentation Technology主要内容主要内容t前馈控制构造前馈控制构造t前馈与反响控制特点比较前馈与反响控制特点比较t前馈控制设计原理前馈控制设计原理t前馈控制系统的几种构造方式前馈控制系统的几种构造方式t前馈前馈- -反响复合控制系统反响复合控制系统t前馈控制的设计原那么前馈控制的设计原那么t时间滞后控制系统：时间滞后控制系统：t改良的常规控制系统改良的常规控制系统tSmithSmith预估补偿方案预估补偿方案t采样控制方案采样控制方案 Process Control & Instrumentation Techno

2、logy前馈控制构造前馈控制构造 tWm(s): 前馈控制器； tWo(s):过程控制通道传送函数； tWf(s):过程扰动通道传送函数。Process Control & Instrumentation Technology前馈与反响控制特点比较前馈与反响控制特点比较 t反响控制的特点 ：t基于偏向来消除偏向； t“不及时的控制 ；t存在稳定性问题；t对各种扰动均有校正作用； t控制规律通常是P、PI、PD或PID等典型规律。Process Control & Instrumentation Technology前馈与反响控制特点比较前馈与反响控制特点比较t前馈控制的特点 ：

3、t基于扰动来消除扰动对被控量的影响； t动作“及时 ；t只需系统中各环节是稳定的，那么控制系统必然稳定；t具有指定性补偿的局限性； t控制规律取决于被控对象的特性。 Process Control & Instrumentation Technology前馈控制器设计原理前馈控制器设计原理 t不变性原理是实现前馈控制的实际根底。 t“不变性是指控制系统的被控量与扰动量完全无关，或在一定准确度下无关。 Process Control & Instrumentation Technology前馈模型 t由不变性原理决议的动态前馈控制器，是由被过程扰动通道与控制通道特性之比决议的，即

4、：t因实现了完全补偿，到达了被控量不受扰动影响的控制效果。t前馈模型的构造有时比较复杂，甚至难以实现。 )()()(sWsWsWofMProcess Control & Instrumentation Technology前馈控制系统的几种构造方式前馈控制系统的几种构造方式 t静态前馈控制系统： t控制器采用比例控制，是前馈模型中最简单的方式。 t动态前馈控制系统： t动态前馈的实现基于不变性原理；t动态前馈控制方案虽能显著地提高系统的控制质量，但构造往往比较复杂；t需求专门的控制安装，系统运转、整定也比较复杂；t只需当工艺上对控制精度要求很高，其它控制方案难以满足、且存在一个“可测不

5、可控的主要扰动时，才思索运用动态前馈方案。 Process Control & Instrumentation Technology前馈控制的局限性前馈控制的局限性 t前馈控制属于开环控制方式 ；t完全补偿难以满足，由于：t要准确掌握过程扰动通道特性Wfs及控制通道特性Wos是不容易的； t即使前馈模型Wms能准确求出，有时工程上也难以实现；t对每一个扰动至少运用一套丈量变送仪表和一个前馈控制器，这将会使控制系统庞大而复杂。Process Control & Instrumentation Technology前馈前馈- -反响复合控制系统反响复合控制系统 t将前馈和反响结合起

6、来，既发扬了前馈作用及时抑制主要扰动对被控量影响的优点，又坚持了反响控制能抑制多个扰动影响的优点；t降低了系统对前馈补偿器的要求，使其在工程上更易于实现。 Process Control & Instrumentation Technology前馈控制的设计原那么前馈控制的设计原那么 t实现前馈控制的必要条件是扰动量的“可测及不可控性：t“可测：指扰动量可以经过丈量变送器，在线地将其转换为前馈补偿器所能接受的信号。 t“不可控：指这些扰动量难以或不允许经过专门的控制回路予以控制，如消费中的负荷。 t扰动量变化频繁且幅值较大；t通常选用静态前馈-反响控制方案即可得到称心的控制效果。Pro

7、cess Control & Instrumentation Technology前馈控制设计举例前馈控制设计举例t在二段磨矿消费过程中，球磨机内的浓度与二段分级返砂量有关，而二段分级机返砂量受细度控制影响很大。这是由于，二次分级溢流细度作为重要消费目的必需严厉控制，而控制细度的方法是往分级机内添加二次溢流补加水：当细度变粗时，加大给水量，加速分级机内矿砂沉淀，较粗的矿砂前往二段球磨，只需较细的矿砂才会溢出；反之那么减小给水量保证细度相对稳定。 Process Control & Instrumentation Technology前馈控制设计举例前馈控制设计举例t在消费中，由

8、于控制细度的二次溢流补加水量变化较大，会导致分级返砂量变化也很大，从而使二段球磨机浓度难以稳定。假设仅以浓度值进展反响控制，调理过程中有时会出现不能允许的动态偏向。针对这种变化频繁且幅度较大的扰动，决议引入前馈控制。 Process Control & Instrumentation TechnologyProcess Control & Instrumentation TechnologyProcess Control & Instrumentation Technology时间滞后控制系统时间滞后控制系统 t时间滞后是纯滞后与容量滞后的总称。 t纯滞后：往往是由于物

9、料或能量需求经过一个传输过程而构成的；t容量滞后：往往是由于对象中包含多个容积所引起的。Process Control & Instrumentation Technology时间滞后控制系统时间滞后控制系统t过程扰动通道中的纯滞后对闭环系统的动态性能没有影响；t过程控制通道或丈量变送元件上的纯滞后，将影响系统动态性能，引起闭环控制系统稳定性明显降低，过渡过程时间加长。 t/T0.3时，就被以为是具有较大纯滞后的工艺过程，常用控制方法：t改良的常规控制方案；t预估补偿方案；t采样控制方案。Process Control & Instrumentation Technology改

10、良的常规控制系统改良的常规控制系统 t微分先行控制方案可以有效地改善容量滞后工艺过程的控制质量。t在给定值频繁变化时，微分先行方案的控制质量优于常规PID控制方案，尤其在减小超调量方面效果更佳。 Process Control & Instrumentation TechnologySmithSmith预估补偿方案预估补偿方案t预先估计出被控过程动态模型；t然后将预估器并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后特性进展补偿，力图将被延迟了时间的被控量提早送入调理器。t调理器能提早动作，经过补偿安装实际上可消除纯滞后特性在闭环中的影响。 Process Control & Instr

11、umentation TechnologySmithSmith预估补偿方案预估补偿方案 t引入Smith预估补偿器的目的是使调理器Wcs所控制的等效对象中能消除纯滞后部分， 即：Wose-s+ Wss= Wos Process Control & Instrumentation Technology采样控制方案采样控制方案 t“调一下，等一等的方法；t当调理器输出达一定时间后，就不再使添加或减小了，而是坚持此值坚持的时间与纯滞后时间0相等或再稍长些，直到控制造用的效果在被控量变化中反映出来为止；t根据偏向的大小再决议下一步的控制动作。Process Control & Inst

12、rumentation Technology采样控制方案采样控制方案t中心思想是防止调理器进展不用要的误操作，而宁愿让控制造用弱一些。t无需掌握准确的过程动态特性，就能抑制被控过程中纯滞后对控制带来的不利影响。t留意采样周期的选取应略大于过程的纯滞后时间。 Process Control & Instrumentation Technology前馈及采样控制设计举例前馈及采样控制设计举例t矿石由从地下提升到主井，经多台电振给料机振动下料后，送往中碎车间的矿石破碎机进展第一次破碎。破碎后的矿石经3A皮带运输进展筛分处置。较细的矿石送往筛洗车间进展进一步加工，而较粗的矿石那么进展第二次破碎，出料再前往3A皮带，再进展一次筛分循环。另外，3A皮带还担负着从1#主井来的较粗矿石的保送义务。 Process Control & Instrumentation TechnologyProcess Control & Instrumentation Technology前馈及采样控制设计