过程控制_第5章_前馈控制系统-xu.ppt

1、第五章是前馈控制系统设计，第三章是单回路控制系统设计，第四章是串级控制系统设计。当出现扰动时，可以通过检测扰动引起的输出偏差来进行调整。因此，当负反馈用于扰动调节时，输出将不可避免地波动。是否存在这样一种控制，即当干扰出现时，它在影响输出之前被抑制，从而对输出没有影响？这种控制具有以下特点：在干扰影响输出之前进行调整。扰动可以直接测量，通过调整可以完全补偿扰动，从而消除扰动对输出的影响。前馈控制是测量扰动和补偿扰动的控制。本章包含1前馈控制的基本概念2前馈控制器的设计3前馈-反馈，前馈-级联复合控制系统4前馈控制系统的应用原理5前馈控制系统的参数整定6前馈控制系统的典型应用1前馈控制的基本概念

2、前馈控制是相对于反馈控制的。1.反馈控制：反馈控制被称为FBC反馈控制。被控参数偏离给定值后，控制器根据该偏离发出控制指令，补偿扰动对被控参数的影响。反馈控制特性：当扰动已经发生，但被控参数没有变化，偏差=0时，控制器不产生调节效果。例如，闭环中的扰动：冷流体的流量波动，反馈控制总是滞后于扰动，这是一种不合时宜的控制。反馈控制是具有稳定性问题的闭环控制。它可以调节闭环中的扰动。监管机构通常采用p、I和d控制法则，这是普遍的。前馈控制(简称FFC)一旦出现扰动，调节器将根据扰动的大小和性质进行控制，以补偿扰动对系统的影响，并保持被控参数不变。例如，闭环中的扰动：冷流体流量波动的突然增加被称为前馈

3、控制。前馈控制：当冷流体流量增加n时，其对输出温度的影响为Y1，当其产生时，蒸汽流量Fs发生变化，使得蒸汽流量Fs对输出温度的影响为-Y1，则输出温度不变。通过设计前馈调节器，调节器的变化量正好补偿了干扰对对象的影响。前馈控制的特点：前馈控制器是“测量扰动，消除扰动对被控量的影响”。前馈调节器也称为“扰动补偿器”。当扰动发生时，前馈控制器及时动作，能快速有效地抑制扰动引起的动静态偏差。前馈控制是一种开环控制，只要系统中的各个环节稳定，控制系统就必须稳定。它只能校正可测量的和不可控制的扰动，但对系统中的其它扰动没有校正作用。也就是说，前馈控制具有特定补偿的限制。前馈控制器的控制律取决于被控对象的

4、特性，因此有时控制律比较复杂。与反馈控制相比，前馈控制基于干扰控制，而反馈基于偏差控制来抑制干扰。前馈控制比反馈控制更及时有效。前馈控制是开环控制系统，反馈控制是闭环控制系统。前馈控制根据实现对象的特性采用特殊的控制器，反馈控制采用通用的PID控制器。前馈控制只能克服一种干扰。反馈控制只用一个控制器就能克服多种干扰。在前馈控制的应用中，系统中存在可测但不可控的大规模、频繁的扰动，这些扰动对被控参数有很大的影响。当反馈控制不能满足质量要求时。当控制系统的控制通道滞后时间长，反馈控制不及时影响控制质量时，可以采用前馈或前馈反馈控制系统。前馈控制器的设计和不变性原理是前馈的理论基础根据控制系统的输出

5、参数和输入参数之间的不变性程度，它可以分为几个不变性类型：1绝对不变性、2稳态不变性、3不变性、1绝对不变性，被控变量Y(t)在扰动变量N(t)的作用下在过渡过程中始终不变。也就是说，静态和动态偏差都为零。前馈控制，前馈控制框图，前馈控制框图，前馈控制系统的补偿过程，y1(t) y2(t)=0，2稳态不变性，受控变量Y(t)在扰动变量N(t)的作用下，系统的稳态偏差与扰动无关。也就是说，静态偏差是0，动态偏差不是0。静态偏差为0，动态偏差不为0，3不变性，受控变量Y(t)在扰动变量N(t)的作用下，系统偏差小于一个小的量，即表示为。2.前馈控制器的设计：1)输出与扰动的关系。根据框图，如果存在

6、：根据绝对不变性原理：满足绝对输出不变性的前馈控制器：满足绝对输出不变性的前馈控制器由系统对象的扰动通道特性和控制通道特性决定。当对象通道的特性复杂时，前馈控制器复杂且难以实现。因此，满足绝对不变性的前馈控制器的实现条件是复杂的。具有稳态不变性的前馈控制器结构简单，稳态误差为0。2)前馈控制器的设计前馈控制器有两种类型：静态和动态。静态前馈控制器满足稳态不变性，取t-(即s-0)值。也就是说，只获取其通道增益。静态前馈控制器是一个比例环节。t-，由动态前馈补偿的面积，以及由动态过程引起的偏差；2.动态前馈控制器的动态前馈Wff满足绝对不变性；静态前馈控制，公共扰动通道和控制通道的特点是具有纯滞后的一阶惯性环节。动态前馈控制器：讨论：(1)To=Tf，那么，如果动态前馈是纯延迟