第五章_前馈控制系统ppt课件.ppt

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1、过程控制系统及工程第5章前馈控制系统前馈控制系统5.1前馈控制系统的特点5.2前馈控制系统的几种主要结构形式5.3前馈控制规律的实施5.4前馈控制系统的应用5.5前馈控制系统的参数整定5.6多变量前馈控制实验：前馈控制系统实验第5章5.1前馈控制系统的特点用加热载体的流量控制被加热流体的温度-----〉滞后控制前馈控制-------按干扰进行控制的开环控制方式(a)反馈控制方案FBC例子：换热器温度控制TCFFsθ1按干扰量的变化来提前补偿其对被控变量的影响---〉超前控制换热器进料量为出口温度的主要干扰量，可通过流

2、量测量，通过前馈装置，控制阀门，即用蒸汽变化补偿由于进料流量变化对出口温度的影响。（b）前馈控制方案FFC5.1前馈控制系统的特点GffFFsθ15.1前馈控制系统的特点θ1tF前馈控制系统的补偿过程5.1前馈控制系统的特点前馈控制系统的特点（1）按干扰作用的大小进行控制——提前，控制及时控制的依据检测的信号控制作用的发生时间反馈控制前馈控制被控变量的偏差干扰量的大小被控变量干扰量偏差出现后偏差出现前5.1前馈控制系统的特点（2）前馈控制属于开环控制GPD(s)GPC(s)Gff(s)θ1F图5-3系统方块图开环控制

3、，控制效果不能通过反馈验证，因此对控制器设计的要求比较严格对象不象反馈控制通用PID算法，前馈控制算法依对象不同而不同。前馈控制器设计依据“扰动补偿理论”5.1前馈控制系统的特点（3）是一种根据对象特性设计的“专用”控制器GPD(s)GPC(s)Gff(s)θ1F5.1前馈控制系统的特点（4）一种前馈作用只能克服一种干扰缺点前馈控制系统5.1前馈控制系统的特点5.2前馈控制系统的几种主要结构形式5.3前馈控制规律的实施5.4前馈控制系统的应用5.5前馈控制系统的参数整定5.6多变量前馈控制实验：前馈控制系统实验第5章

4、5.2前馈控制系统的几种主要结构形式单纯的前馈控制系统5.2.1●动态前馈控制实现动态干扰补偿●静态前馈控制实现稳定工况下的干扰补偿（要求没有动态那么高）单纯的前馈控制系统5.2.1图5-4锅炉汽包三冲量控制ΣFCLC蒸汽量D液位L流量F静态前馈控制系统例子1：给水蒸汽单纯的前馈控制系统5.2.1对于较为简单的对象，可以写出静态方程式GffFFsθ1θ2例子2：Cp-----比热hs-----蒸汽的汽化潜热单纯的前馈控制系统5.2.1图5-5换热器的静态前馈控制流程原理图Σ××FCθ1iFθ2Cp/hs开环不稳定对象

5、，要在控制器设计时注意。单纯的前馈控制系统5.2.1有时，为了提高动态品质，可在静态前馈基础上适当加入动态环节Σ××GffD.FS.FKθ1iθ2FCp/hs单纯前馈控制要注意系统稳定性问题：开环通道稳定，FFC稳定；前馈-反馈控制系统5.2.2反馈、前馈取长补短，形成前馈—反馈控制方案（FFC—FBC）对主要干扰进行前馈控制——校正及时对其它干扰进行反馈控制——反馈校正，多干扰控制单纯前馈控制的局限性：（1）不能根据偏差进行控制效果检验（不能反馈）而不断纠正偏差（2）受模型精度影响GPD(s)、GPC(s)（3）一

6、个前馈控制只能处理一个扰动前馈-反馈控制系统5.2.2图5-7换热器FFC-FBC系统+GffTCFSFθ1FFC按负荷F的变化校正蒸汽量FsFBC根据温度偏差，对蒸汽量Fs进行进一步校正。FFC与FBC作用叠加，又称复合控制系统。前馈-反馈控制系统5.2.2图5—8典型FFC—FBC系统方块图GPD(s)GC(s)GPC(s)Gff(s)θ1iθ1－F前馈-反馈控制系统5.2.2GPD(s)十Gff(s)GPC(s)＝0应用不变性原理：F(s)≠0，Θ1(s)≡0代入上式中，即可推导出前馈控制器的传递函数：FFC—

7、FBC系统实现完全补偿的条件是相同的（3）有模型变化的适应能力前馈-反馈控制系统5.2.2FFC-FBC优点：（1）FFC只需对主要干扰进行前馈补偿，其余干扰由FBC完成（2）由于FBC的偏差校正，对FFC的模型精度要求降低前馈-串级控制系统5.2.3同样对于上述换热器FFC-FBC系统，如果蒸汽流量不稳定，无论FFC或FBC的效果都不能正常发挥解决办法：串级控制Gff+TCFCFSF图5-9换热器的前馈-串级控制系统前馈-串级控制系统5.2.3GPD(s)Gff(s)GC(s)GPC(s)GC2(s)GP2(s)F

8、θ1iθ1－－前馈控制系统5.1前馈控制系统的特点5.2前馈控制系统的几种主要结构形式5.3前馈控制规律的实施5.4前馈控制系统的应用5.5前馈控制系统的参数整定5.6多变量前馈控制实验：前馈控制系统实验第5章5.3前馈控制系统的实施工业应用希望控制规律能具有一定的通用性，便于控制实施（特别是仪表）前馈控制规律取决于对象干扰通道和控制通道的传递