换热器前馈—反馈控制系统的研究

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1、内蒙古工业大学本科毕业设计说明书引言前馈控制系统和反馈控制系统都属于单回路控制系统，它们有各自的优缺点。诸如前馈控制能根据干扰值的大小在被调参数偏离给定值之前进行控制，使被调量始终保持在给定值上，但这种控制方式也存在局限，首先表现在前馈控制系统中不存在被调量的反馈，即对于补偿的结果没有检验手段。反馈控制是根据被调量与给定值的偏差值来控制的，反馈系统的特点是在干扰作用下，必须形成偏差才能进行调节（或偏差即将形成），如果干扰已经发生，而被调参数还没变化时，调节器是不会动作的，即反馈控制总是落后于干扰动作，因此称之为不及时控制。因此把它们结合起来就产生了前馈—反馈复合控制系统，这种系统

2、能把前馈与反馈的优点结合起来，既能发挥前馈调节控制及时的优点，又能保持反馈控制对各种扰动因素都有抑制作用的长处，较好地解决了控制过程中的问题，通过仿真可以得出这种系统既能获得较好的稳定性，又有较好的抗扰性能。本设计首先根据设计要求和原始数据补偿传函，然后利用衰减曲线法整定调节器参数，最后在系统动态Simulink结构图和MATLAB软件中进行仿真，得出曲线和相应的结论。第一章概述53内蒙古工业大学本科毕业设计说明书1.1自动控制系统的简介1.1.1绪论生产过程中必须保证产品满足一定的数量和质量的要求，同时也要保证生产的安全和经济，这就要求生产过程在预期的工况下进行。但是，生产过程

3、往往受到各种扰动而偏离正常工况，必须通过自动控制随时消除各种干扰，保证正常运行。更为严重的是有时自动控制系统本身也要发生故障，这就要求在设计自动控制系统时，考虑各种可能发生的故障，并加以保护。因此，现代的自动控制系统往往包含自动保护、自动检测、自动报警、顺序控制等内容。有时，它们有机的组合成一个不可分割的整体，以确保控制系统的安全可靠。1.1.2自动控制系统的分类（1）反馈控制系统这种控制系统的基本工作原理是根据被调量与其给定值之间的偏差进行调节，最后达到减小或消除偏差，简单说就是“按偏差调节”。为了取得偏差信号，必须要有被调量测量值的反馈信号，因而将系统构成一个闭合回路，如图1

4、-1所示。其特点：一是按偏差调节，由于需要反复调节，所以控制过程时间较长，但可以克服各种扰动对被调量的影响；二是闭环系统需要进行稳定性分析；三是由于控制作用落后于扰动，控制作用不及时。图1-1反馈控制系统（2）前馈控制系统53内蒙古工业大学本科毕业设计说明书这种控制系统的基本工作原理是根据扰动信号进行调节，即利用扰动信号产生的调节作用去补偿（抵消）扰动对被调量的影响，简单说就是按“扰动调节”或“扰动补偿”。图1-2前馈控制系统图1-2表示一个前馈控制系统，扰动λ是引起被调量y变化的原因，而前馈调节器在扰动出现的同时就根据扰动信号λ进行调节，用此控制作用去抵消扰动λ对被调量的影响。

5、如果完全抵消，被调量即可保持不变。在前馈控制系统中，没有被调量（及其它）的反馈信号，所以系统是不闭合的，因此也称开环控制系统。其特点：一是按扰动调节可以及时有效地制止被调量的变化，使控制过程时间短，但只能克服某种扰动；二是因为属于开环系统，所以不存在稳定性分析问题；三是扰动作用一发生就产生控制作用，因此控制作用及时。1.1.3问题的提出反馈控制是根据被调量与给定值的偏差值来控制的。反馈系统的特点是在干扰作用下，必须形成偏差，才能进行调节（或偏差即将形成）。如果干扰已经发生，而被调参数还没变化时，调节器是不会动作的，即反馈控制总是落后于干扰动作，因此称之为不及时控制，那么是否有一种

6、控制系统能够在干扰作用发生后，在未影响被控变量时，就开始调节，来保证被控变量保持不变？在热工控制系统中，由于被控对象通常存在一定的纯滞后和容积滞后，因而从干扰产生到被调量发生变化需要一定时间，可见这种反馈控制方案决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定值之前，从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果，如果直接按扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就直接根据检测到的干扰的大小和方向按一定规律进行控制，那样就可以保证被调量保持不变。由于干扰发生后被控量还未显示出变化之前，调节器就产生了控制作用，这在理论上就可以把

7、偏差彻底消除，这种理论构成的控制系统称为前馈控制系统，显然前馈控制对于干扰的控制要比反馈控制及时得多。53内蒙古工业大学本科毕业设计说明书如前所述，前馈控制能根据干扰值的大小在被调参数偏离给定值之前进行控制，使被调量始终保持在给定值上，但这种控制方式也存在局限。首先表现在前馈控制系统中不存在被调量的反馈，即对于补偿的结果没有检验手段。因而，当前馈作用并没有最后消除偏差时，系统无法得知这一信息作进一步的校正。其次，由于实际工业对象存在着多个扰动，为了补偿他们对被调量的影响，势必设计