前馈—反馈控制系统仿真-课程设计报告

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1、课程设计报告课程设计名称：前馈一反馈控制系统仿真撰写日期：2016年12月18日星期日目录1、系统概述11.1、前馈控制系统的结构11.2、前馈控制系统的特点21.3、前馈■反馈混合控制32、前馈■反馈混合控制系统的设计52.1、锅炉汽水系统介绍52.2、汽包水位特性及其控制5221、汽包水位在给水流量作用下的动态特性6222、汽包水位在蒸汽流量的作用下的动态特性72.3、汽包水位控制方案83、参数整定103.1、PID参数整定103.1.1、PID各坏节对系统控制的作用103.1.2、P1D参数整定方法103.2、系统仿真11321、系统辨识11322、前馈一

2、反馈控制系统整定12323、构成反馈控制系统前向通道稳定分析153.3、simulink仿真16参考文献171、系统概述1.1＞前馈控制系统的结构在热工控制系统屮，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的时间。从偏差产生到调节器产生控制作用以及操纵量改变到被控量发生变化又要经过一定的时间，可见，这种反馈控制方案的木身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植之前，从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。考虑到偏差产牛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

3、器就直接根据检测到的干扰大小和方法按一定规律去控制。由于干扰发生后被控量还未显示出变化Z両，调节器就产生了控制作用，这在理论上就可以把偏差彻底消除。按照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克服要比反馈控制系统及吋的多。从以上分析我们可以得出如下结论：若系统中的调节器能根据干扰作用的大小和方向就对被调介质进行控制来补偿干扰对被调量的影响，则这种控制就叫做前馈控制或扰动补偿。询馈控制系统的工作原理口J结合下面图1.1所示。图1.1前馈控制原理图图1」中虚线部分为缩影入的控制部分。Gl(s)、G3(s)为干扰源至系统的干扰通道传递函数；Gd

4、⑸为前馈调节器的传递函数；G2(s)、G3⑸为干扰源至系统输出的控制通道传递函数。系统输出为：Y二X•GlG2G3+〃(GdG2+Gf)G3(IT)有式(1・1)可知：M为干扰信号，只要测出M及干扰通道Gf就可以构造Gd,则:Gd=-Gf7G2(1-2)从而消除干扰的影响。干扰对系统的作用是通过干扰通道进行的，前馈控制的原理是给系统附加一个控制通道，使所测量的系统扰动通过前馈控制器改变控制。利用扰动所附加的控制量与扰动对被控变量影响的叠加消除或减小T扰的影响。1.2、前馈控制系统的特点前馈控制系统只要有以下几个特点：1)属于开环控制。只要系统屮各环节是稳定的，控

5、制系统就必定稳定。若系统屮冇一个环节不稳定或局部不稳定，系统就不稳定。另外，系统的控制精度取决于系统的每一部分的精度，所以对系统的各环节精度要求较高。2)很强的补偿局限性前馈控制系统实际是同一干扰源通过干扰通道和前馈通道对系统作用的叠加来消除干扰的影响。因此，同定的前馈控制系统只对相应的干扰源器作用，而对其他干扰没有影响。而且，在实际的工程应用中，影响往往是多种多样，系统随吋间、工作状态、环境等变化，也会发生变化甚至使是非线性的，这些都可能导致不可能精确确定某一•干扰对系统影响的程度或数学描述关系式。所以前馈控制系统即使对单一干扰也难以完全控制。3)前馈控制反应

6、迅速。在前馈控制系统中，信息流只向而运行，没有反馈问题，因此相应提高了系统的反应速度。在扰动发生后，前馈控制器及时动作，对抑制被控制量由于扰动引起的动静态偏差比较有效。这非常有利于大延迟滞系统控制。4)只能用于可测的干扰对不可测干扰，由丁•不能构造前馈控制器而不能使用。1.3.前馈•反馈混合控制根据前馈控制的特点可以看出，前馈控制虽然调节速度快等优点，但仍然存在很大的局限性，只能对已知的、单一的干扰进行抑制，对于实际应用中的不确定干扰，并不能起到有效的作用。所以为了使系统根据冇抗干扰性和准确性，可以对系统引入反馈调节，即：前馈■反馈混合控制。系统有两种形式。(1

7、)前馈■反馈复合控制方式一的工作原理图如图1.2所示图1.2前馈■反馈复合控制系统方式一系统扰动传递函数为：(1-3)而再单纯的前馈控制下，系统对扰动的传递函数为：(1-4)可见，前馈■反馈复合控制与单纯的前馈控制相比，扰动量对被控量的影响为原來的1/O,扰动影响减小了，同时又增加了反馈调节能力。前馈■反馈复合控制实现干扰全补偿的条件为：(1-5)(2)前馈■反馈复合控制方式二的工作原理图如图1.3所示对图1・3所示的系统结构，输出对于干扰的传递函数(1-6)前馈■反馈复合控制实现干扰全补偿的条件为：(1-7)对图1・3所示系统前馈补偿器取决于过程扰动通道、控制

8、通道特性和反馈控制器规律