工业过程控制工程课件第七章 前馈及比值控制

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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比值控制系统本章的主要内容:17.1.1前馈控制和不变性原理P831）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P851）前馈控制的特点2）前馈控制与反馈控制的比较7.1前馈控制系统的原理与特点本节的主要内容:2前馈控制的概念P83把影响过程控制的主要扰动预先测量出来，再根据对象的物质（或能量）平衡条件，计算出适应扰动的调节量进行调节，使被控变量维持在设定值上。这种按扰动进行的开环控制方

2、式称为前馈控制。7.1.1前馈控制和不变性原理цy前馈控制器对象Ｆ１Ｆ２Ｆ３前馈控制系统的方块图3例：换热器出口温度控制P83图7.1-1Gff：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。7.1.1前馈控制和不变性原理4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7.1.1前馈控制和不变性原理57.1.1前馈控制和不变性原理6用一般的控制方案：控制器根据温度T的偏差

3、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。7.1.1前馈控制和不变性原理7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7.1.1前馈控制和不变性原理8前馈控制系统方块图：P84图7.1-2（7.1-1）Gff（s）:前馈

4、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7.1.1前馈控制和不变性原理97.1.1前馈控制和不变性原理10系统对扰动Ｆ的全补偿条件：P84当Ｆ（s）0时，要求Ｙ（s）=0（7.1-3）满足上式的前馈补偿装置，能使y(t)不受f(t)变化影响7.1.1前馈控制和不变性原理11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7.1.1前馈控制和不变性原理127.1.1前馈控制和不变性原理13不变性原理的理论

5、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。7.1.1前馈控制和不变性原理14不变性的类型P847.1.1前馈控制和不变性原理15前馈控制的特点：P85①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

6、输入信号（扰动量）。7.1.2前馈控制系统的特点16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。7.1.2前馈控制系统的特点17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

7、的影响，如果扰动量不可测，就不能进行前馈控制。7.1.2前馈控制系统的特点18前馈控制与反馈控制的比较：P85表7.1-17.1.2前馈控制系统的特点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19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。7.1