前馈及复合控制.doc

《前馈及复合控制.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、前馈及复合控制一、前馈及复合控制的基本概念在前面讨论的控制系统中，控制器都是按被控参数或其反馈值与给定值的偏差大小进行控制的，这种控制系统称为反馈控制系统。对于反馈控制系统无论是什么干扰引起被控参数的变化，控制器均可根据偏差进行调节，这是其优点；但从干扰产生到被控量发生变化以及偏差产生到控制作用产生，再由控制量改变到被控量发生变化，都需要一定的时间，所以控制总是落后于干扰作用。由于反馈控制的作用机理决定了无法将干扰克服在被控量偏离设定值之前。因此，对一些滞后较大的对象来说，控制作用总是不及时，从而限制了控制质量的提高。为了解决上述问题，可以

2、采用按扰动直接进行控制，即当扰动一出现，控制器就直接按扰动的性质和大小，以一定规律进行控制，可使被控量还未变化之前，就克服干扰对系统的影响，从而使控制作用提前和控制精度进一步提高。这种按干扰进行控制的方式称为前馈控制。现以图7-16换热器出口温度控制为例作进一步的说明。图7-16换热器出口温度控制加热蒸汽通过换热器中排管的周围，把热量传给排管内的被加热物料，物料的出口温度由蒸汽管路上的控制阀调节。假设被加热物料的进料流量Q变化是影响被控制量出口温度的主要扰动。若采用反馈控制见图7-16a）所示。当物料流量Q发生扰动时，要等到出口温度变化后，

3、产生偏差，控制器才会动作，经控制阀改变加热蒸汽流量以后，又要经过热交换过程的惯性，才会使变化。这样可能使产生较大的动态误差。如果采用前馈控制方式，见图7-16b）所示。用一个流量检测变送器测取扰动量即被加热物料的流量Q，并将信号送到前馈控制器。前馈控制器经过一定的运算去调节控制阀，以改变蒸汽流量来补偿进料流量Q变化对被控量的影响。只要蒸汽量改变的幅度和动态过程适当，就可以显著地减小或完全补偿由于扰动量的波动所引起的出口温度的波动。假如进料扰动量为阶跃变化，补偿过程见图7－17所示。图7-17前馈控制系统的补偿过程图中曲线a为不加控制时的温度

4、阶跃响应，曲线b是前馈控制作用引起的出口温度变化曲线。若曲线b与曲线a大小相同，方向相反，则可能实现对扰动量的完全补偿，从而使被控量与扰动量Q完全无关。从上面的讨论可知，前馈控制作用很及时，当扰动发生以后，不必等到被控量出现偏差就产生控制作用，在理论上可以实现对于干扰的完全补偿。但是，在一个对象中被控量参数的干扰是多种多样的，如果对所有的干扰都进行前馈补偿，则是不经济的，而且有许多干扰根本无法测定，所以，单纯采用前馈控制方式是有局限性的。图7-18为前馈控制与反馈控制比较示意图，从中可以看出前馈控制与反馈控制的区别：1)系统检测信号不同：反

5、馈控制检测的信号是被控量，前馈控制的检测信号是扰动信号。2)系统调节的依据不同：反馈控制基于偏差值的大小；前馈控制基于扰动量的大小进行控制。3)产生控制作用的及时性：反馈控制作用是在被控量反映干扰影响而偏离给定值后才开始调节；前馈控制作用却发生在被控量偏离给定值之前。过程对象调节手段反馈调节被调参数给定值前馈调节被调参数可测干扰‘图7-18前馈控制与反馈控制比较示意图1)控制方式不同：反馈控制是闭环控制；而前馈控制是一种开环控制。前馈控制器在扰动量产生控制作用后，对被控量的影响并不反馈回来影响控制器的输入量，因此是开环的。对于前馈控制系统的

6、方块图可表示为图7-19。从图中可知：图7-19前馈控制系统的方块图从扰动作用F到被控量Y之间有两个通道：一路是从扰动F通过对象的扰动通道去影响Y；另一路是从扰动F通过前馈控制器与对象的调节通道去影响被控量，不存在反馈通道。由于前馈控制的效果不通过反馈加以检验，所以一个合适的开环控制作用，必须要求对被控对象的特性比较清楚。2)控制规律不同和控制品质差异：一般的反馈控制系统均系采用通用类型的PID控制器，反馈控制不能使被控量始终保持在给定值上。而前馈控制是根据对象的特性设计的，对象的不同，前馈控制的规律也不同，所以是一种专用控制器。前馈控制在

7、理论上可实现最完善的控制，使被控量维持在给定值上。实现对干扰完全补偿的前馈控制器传递函数可应用不变性原理进行推导。例见图7-19系统在干扰的作用下的传递函数为　　　　　（7-18）系统对干扰F实现完全补偿的条件是而　　　　（7-19）将式（7-19）代入式（7-18）即得这样前馈控制器的传递函数为　　　　　　（7-20）从式（7-20）中可以看出前馈控制器的控制规律取决于对象干扰通道的特性与控制通道的特性之比。式中负号表示控制作用的方向与干扰作用的方向相反。（6）实现的经济性与可能性：反馈控制只要一个控制回路就可以控制各种干扰对被控量的影响

8、；而前馈控制是开环控制方式，根据一种干扰设计的前馈控制器只能克服这一干扰。要克服所有干扰对被控量的影响，需要对所有干扰都独立形成一个控制，因而不经济，也不可能。而且前馈控制要求干