工业过程控制工程课件第七章 前馈及比值控制

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第七章 前馈及比值控制 第七章 前馈及比值控制 本章的主要内容:  7.1 前馈控制系统的原理与特点 7.2 前馈控制系统的几种结构形式 7.3 前馈控制规律的实施(系统设计) 7.4 比值控制系统 1 第七章 前馈及比值控制 7.1 前馈控制系统的原理与特点本节的主要内容: 7.1.1 前馈控制和不变性原理 P83 1)前馈控制的概念 2)前馈控制的基本原理 3)不变性原理(前馈控制的理论基础) 7.1.2 前馈控制系统的特点 P85 1)前馈控制的特点 2) 前馈控制与反馈控制的比较 2 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理 前馈控制的概念 P83 把影响过程控制的主 F F F 要扰动预先测量出来,再 1 2 3 根据对象的物质(或能量) 前馈 平衡条件,计算出适应扰 控制器 动的调节量进行调节,使 y 被控变量维持在设定值上。 ц 对象 这种按扰动进行的开环控 前馈控制系统的方块图 制方式称为前馈控制。3 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理 例:换热器出口温度控制 P83图7.1-1 Gff:前馈控制器 TC:温度控制器 :变送器 工作过程: 加热蒸气通过换热器中排管的外面,把热 量传给排管内被加热的物料。4 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理 例:换热器出口温度控制 P83图7.1-1 出口温度 T 的控制: 由蒸汽管路上的控制阀来进行 引起 T 变化的因素: 因素很多,最主要的扰动是加热物料的流量Q 当流量Q发生扰动时,出口温度 T 就会产生 偏差5 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理6 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理 用一般的控制方案: 控制器根据温度T 的偏差进行控制,当 Q发生扰动时,要等T变化后,控制器才开 始动作,通过控制阀改变加热蒸气流量,又 要经过热交换的惯性,才会使T变化。这样, 可能使T产生较大的动态误差。7 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理 另外一种控制方案: 根据被加热物料流量Q的变化信号,通过一 个扰动补偿器来控制调节阀,就不必等到流量 变化反映到出口温度T变化以后再去操作,而是 根据流量的变化,立即对调节阀进行操作,甚 至可以在T还没有变化前就及时对流量Q的扰动 进行补偿. 以上的控制称为前馈控制,这个扰动补偿 器称为前馈控制器8 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理 前馈控制系统方块图:P84 图7.1-2 Y (s) ? G (s) ? G (s)?G (s) F ( s ) P D f f p c (7.1-1) Gff(s): 前馈控制器传函(前馈补偿器) GPD(s): 对象干扰通道传函 GPC(s): 对象控制通道传函9 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理10 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理 系统对扰动F的全补偿条件: P84 当F(s)? 0时,要求Y(s)= 0 G (s ) ? ? PD G f f ( s ) (7.1-3) G pc (s ) 满足上式的前馈补偿装置,能使y(t)不受f(t) 变化影响11 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理 全补偿过程: P84 图7.1-3 当F阶跃变化时,yc ( t)和yd(t)的变化曲线 方向相反,幅值相同。 合成结果: y ( t) = yc ( t) + yd(t) = ct 连续维持在恒定的设定值上12 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理13 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理 不变性原理的理论基础 P84 “不变性”的概念: 控制系统的被控变量与扰动量完全无关。 然而,进入控制系统中的扰动必须通过 被控对象的内部联系,使被控变量发生偏离 给定值的变化。 不变性原理是通过前馈控制器的校正作 用,消除扰动对被控变量的这种影响。14 第七章 前馈及比值控制 7.1.1 前馈控制和不变性原理 不变性的类型 P84 ?绝对不变性:指系统在扰动量f(t)的作用下 ? ? 被控变量y(t)在整个过渡过程中始终不变 ?误差不变性:指准确度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?的不变性 ? ?稳态不变性:指系统在稳态工况下被控变量与扰动量无关 ?选择不变性:被控变量往往受到若干个扰动的作用。 ? ? 若系统采用了被控变量对其中几个 ? ? 主要的扰动实现不变性就成为选择不变性15 第七章 前馈及比值控制 7.1.2 前馈控制系统的特点 前馈控制的特点: P85 ①前馈控制是按照扰动作用大小进行控制的, 如果控制作用恰到好处,一般比反馈控制 要及时; ②前馈控制属于开环控制系统。反馈控制系 统是一个闭环控制系统,而前馈控制是一 个开环控制系统,前馈控制器按扰动量产 生控制作用后,对被控变量的影响并不返 回来影响控制器的输入信号(扰动量)。16 第七章 前馈及比值控制 7.1.2 前馈控制系统的特点 前馈控制的特点: ②前馈控制系统是一个开环控制系统,这一 点从某种意义上来讲是前馈控制的不足之 处,反馈控制由于是闭环控制系统,控制 结果能够通过反馈获得检验。而前馈控制 的效果并不通过反馈加以检验。因此前馈 控制对被控对象的特性了解必须比反馈控 制清楚的多,才能得到一个比较合适的前 馈控制作用。17 第七章 前馈及比值控制 7.1.2 前馈控制系统的特点 前馈控制的特点: ③前馈控制使用的是视对象而定的专用控制 器。一般的反馈控制系统均采用通用的 PID控制器,而前馈控制器是专用控制器, 对于不同的对象特性,前馈控制器的形式 将是不同的; ④前馈控制只能克服可测的扰动量的影响, 如果扰动量不可测,就不能进行前馈控制。18 第七章 前馈及比值控制 7.1.2 前馈控制系统的特点 前馈控制与反馈控制的比较:P85表7.1-1 控制的 检测的信 控制作用的 依据 号 发生时间 反馈控 被控变量 被控变量 偏差出现后 制 的偏差 前馈控 扰动量的 扰动量 偏差出现前 制 大小19 第七章 前馈及比值控制 7.1.2 前馈控制系统的特点 前馈控制与反馈控制的比较: ① 反馈控制是按被控参数与给定值的偏差进 行控制的,如果干扰已经发生,而被控参 数都还没有变化,则控制器不会产生校正 作用。故反馈控制落后于干扰作用,对干 扰的控制不及时。 前馈控制是按照干扰作用进行控制的, 对干扰的控制是及时的。理论上对干扰影 响可以达到完全补偿,使被控参数不变。20 第七章 前馈
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