过程控制系统-齐卫红第四章知识分享.ppt

《过程控制系统-齐卫红第四章知识分享.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、过程控制系统-齐卫红第四章如图4.1所示，是换热器的前馈控制系统及其方框图。图中，加热蒸汽流过换热器，把换热器套管内的冷物料加热。热物料的出口温度用蒸汽管路上的控制阀来调节。引起出口温度变化的扰动有冷物料的流量与初温、蒸汽压力等，其中最主要的扰动是冷物料的流量Q。设为扰动通道的传递函数，为控制通道的传递函数，为前馈补偿控制单元的传递函数，如果把扰动值（进料流量）测量出来，并通过前馈补偿控制单元进行控制，则＝（4-1）图4.1换热器的前馈控制系统及其方框图为了使扰动对系统输出的影响为零，应满足（4-2）即（4-3）式（4-3）即为完全补偿时的前馈控制器

2、模型。由此可见，前馈控制的好坏与扰动特征和对象模型密切相关。对于精确的对象与扰动数学模型，前馈控制系统可以做到无偏差控制。然而，这只是理论上的愿望。实际过程中，由于过程模型的时变性、非线性，以及扰动的不可完全预见性等影响，前馈控制只能在一定程度上补偿扰动对被控变量的影响。4.2　前馈控制的特点及局限4.2.1前馈控制的特点（1）前馈控制是一种开环控制图4.1所示系统中，当测量到冷物料流量变化的信号后，通过前馈控制器，其输出信号直接控制调节阀的开度，从而改变加热蒸汽的流量。但加热器出口温度并不反馈回来，它是否被控制在原来的数值上是得不到检验的。所以，前

3、馈控制是一种开环控制，从某种意义上来说这是前馈控制的不足之处。因此前馈控制对被控对象特性的掌握必须比反馈控制清楚，才能得到一个较合适的前馈控制作用。（2）前馈控制是一种按扰动大小进行补偿的控制扰动一旦出现，前馈控制器就检测到其变化情况，及时有效地抑制扰动对被控变量的影响，而不是像反馈控制那样，要待被控变量产生偏差后再进行控制。在理论上，前馈控制可以把偏差彻底消除。如果控制作用恰到好处，前馈控制一般比反馈控制要及时。这个特点也是前馈控制的一个主要特点。基于这个特点，可把前馈控制与反馈控制作如下比较，见表4.1。表4.1　前馈控制与反馈控制的比较控制类型

4、控制的依据检测的信号控制作用的发生时间反馈控制被控变量的偏差被控变量偏差出现后前馈控制扰动量的大小扰动量偏差出现前（3）前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器一般的反馈控制系统均采用通用类型的PID控制器，而前馈控制器的控制规律为对象的扰动通道与控制通道的特性之比，如式（4-3）所示。（4）一种前馈控制作用只能克服一种扰动由于前馈控制作用是按扰动进行工作的，而且整个系统是开环的，因此根据一种扰动而设置的前馈控制只能克服这一扰动，而对于其他扰动，前馈控制器无法检测到，也就无能为力了；而反馈控制就可克服多个扰动。所以这也是前馈控制系统的一个弱点。

5、（5）前馈控制只能抑制可测、不可控的扰动对被控变量的影响如果扰动是不可测的，那就不能进行前馈控制；如果扰动是可测可控的，则只要设计一个定值控制系统就行了，而无需采用前馈控制。4.2.2前馈控制的局限性前馈控制虽然是减少被控变量动态偏差的一种有效的方法，但实际上，它却做不到对扰动的完全补偿，主要原因如下所述。（1）在实际工业生产过程中，影响被控变量的扰动因素很多，不可能对每个扰动都设计一套独立的前馈控制器。（2）对不可测的扰动无法实现前馈控制。（3）前馈控制器的控制规律取决于控制通道传递函数和扰动通道传递函数而和的精确值很难得到，即便得到有时也很难实现

6、。所以为了获得满意的控制效果，合理的控制方案是把前馈控制和反馈控制结合起来，组成前馈-反馈复合控制系统。这样，一方面可以利用前馈控制有效地减少主要扰动对被控变量的影响；另一方面，则利用反馈控制使被控变量稳定在设定值上，从而保证系统具有较高的控制质量。4.3　前馈控制系统的几种主要结构4.3.1　单纯的前馈控制系统单纯的前馈控制系统分为静态前馈控制系统及动态前馈控制系统。1．静态前馈控制系统所谓静态前馈控制，就是指前馈控制器的控制规律为比例特性，即，其大小是根据过程扰动通道的静态放大系数和过程控制通道的静态放大系数决定的。静态前馈控制的控制目标是在稳态

7、下实现对扰动的补偿，即使被控变量最终的静态偏差接近或等于零，而不考虑由于两通道时间常数的不同而引起的动态偏差。静态前馈控制非常简单，不需要专门的控制器，只要用DDZ仪表中的比例控制器或比值器就能满足使用要求。在实际生产过程中，当过程扰动通道与控制通道的时间常数相差不大时，采用静态前馈控制，可获得较高的控制精度，所以在生产上应用较广。例如，在图4.1所示的换热器前馈控制中，当冷物料流量为主要扰动时，要实现静态前馈控制，可按稳态时的能量平衡关系写出其平衡方程，即（4-4）式中，为加热蒸汽量；为蒸汽汽化潜热；为冷物料流量；为冷物料的比热；T1、T2分别为冷

8、、热物料的温度。由式（4-4）可得＝＋（4-5）如果冷物料温度T1不变，由式（4-5）可求得控制通道的静态放