最新前馈控制资料PPT课件.ppt

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1、前馈控制资料主要内容基本概念系统结构性能分析设计应用过程控制系统按系统的结构特点分类1、反馈控制系统2、前馈控制系统3、前馈-反馈控制系统4.2.1前馈控制基本概念例：换热器温度控制方案一：反馈控制FBC—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方案FFC—按干扰量的变化来提前补偿其对被控变量的影响。方案二：换热器进料量为出口温度的主要干扰量，可通过流量测量，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。超前控制扰动作用前馈作用前馈控制系统的全补偿过程一、反馈控制与前馈控制的特

2、点(一)反馈控制的特点1)反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”。2)无论扰动发生在哪里，被控变量产生偏差，调节器才动作。不及时。3)反馈控制系统，构成闭环，存在一个稳定性的问题。4)所有扰动都包围在闭环内，可消除多种扰动。5)反馈控制系统中，调节规律：P、PI、PD、PID。(二)前馈控制的特点（1）前馈控制器是“基于扰动来消除扰动对被控量的影响”，称为扰动补偿。（2）按干扰作用的大小进行控制——提前，控制及时。（3）前馈控制属于开环控制，不存在稳定性的问题：开环控制，控制效果不能通过反馈验证，因此对控制器设计的要

3、求比较严格。（4）是一种根据对象特性设计的“专用”控制器。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）只对被前馈的可测不可控的主要扰动有校正作用。其它扰动无法控制，具有一定的局限性。控制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前馈与反馈的控制比较系统框图与控制算式GPD(s)GPC(s)Gff(s)F(S)Y(S)前馈控制方框图GPD(s)干扰通道，GPC(s)控制通道完全补偿条件：F（S）≠0

4、而Y（S）=0GPD(s)GPC(s)Gff(s)F(S)Y(S)前馈控制方框图系统传递函数扰动作用前馈作用不变性原理(一)不变性的基本概念“不变性”是指控制系统的被控量与扰动量完全无关，或在一定准确度下无关。被控过程f(t)y(t)干扰输入下的系统f(t)：扰动量，系统输入参数y(t)：被控量，系统输出参数当f(t)≠0时，系统的不变性定义为：y(t)≡0即被控量y(t)与扰动量f(t)无关不变性的类型1）绝对不变性：指系统在扰动量f(t)的作用下被控量y(t)在整个过渡过程中始终保持不变。2）误差不变性：指准确度

5、有一定限制的不变性，或者说与绝对不变性存在一定误差为ε的不变性，又称为ε不变性。系统在扰动量作用f(t)的作用下，被控量y(t)的偏差小于一个很小的ε。3)稳态不变性：系统在稳态工况下，被控量y(t)与扰动量f(t)无关。4）选择不变性：系统采用了被控变量对其中几个主要扰动实现不变性，称为选择性不变性。基于不变性原理组成的自动控制系统称为前馈控制系统实质：按扰动进行补偿的开环系统。4.2.2系统结构与性能分析一、静态前馈控制前馈控制作用表达式：mf＝f(D,t)mf是其输入D（进入控制器的扰动量）和时间t的函数静态前

6、馈控制，是指控制器的输出量仅是其输入量的函数而与时间因子无关，简化表达式：mf＝f(D)工程上近似表示为线性关系：Kf－前馈控制器的比例系数Δmf－前馈控制器的输出ΔD--输入的变化量例：换热器前馈控制，按热平衡关系列写出静态前馈控制方程。解：换热器的热平衡方程式（忽略热损失）为：F1C1(T1o－T1i)＝F2H2(F1＋ΔF1)C1(T1o－T1i)＝(F2＋ΔF2)H2F1为主要扰动，为保持出口温度T1o不变，设冷流体增加为F1+ΔF1，需要载热体相应变化到F2+ΔF2，则由上式可得静态前馈控制方程为：整理后得

7、：Kf为比例常数ΔF2/ΔF1＝Kf如果考虑次要的扰动F2和T1i的变化，把冷流体出口温度稳定在设定值Tx，则由式可得静态前馈控制方程：前馈控制器控制方案：单元组合仪表实现换热器静态前馈控制方案静态前馈控制1、实现稳定工况下的干扰补偿（要求没有动态那么高）。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2、适用于较为简单的对象，可以写出静态方程式3、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；开环不稳定对象，要在控制器设计时注意。动态前馈控制实现动态干扰补偿二、前馈—反馈控制系统单纯前馈控

8、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）一个前馈控制只能处理一个扰动结合反馈、前馈的特点，取长补短，从而形成前馈—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，多干扰控制例：换热器FFC-FBC系统FFC按负