过程控制课程设计-前馈—反馈控制系统仿真

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1、南昌航空大学课程设计南昌航空大学课程设计报告课程设计名称：前馈—反馈控制系统仿真课题组成员：指导老师：撰写日期：2016年12月18日星期日南昌航空大学信息工程学院自动化系二○一六年制南昌航空大学课程设计过程控制课程设计任务书2016－2017学年第一学期　第15周－15周题目前馈——反馈复合控制系统仿真内容及要求通过在MATLAB软件上建立前馈—反馈复合控制系统的数学模型，利用反馈控制抑制其他干扰及前馈所“遗留部分干扰”。采用前馈、反馈分别整定和以反馈为基础整定前馈的方法，对控制系统进行系统辨识、控制系统整、和

2、系统仿真等内容。进度安排1、讲授课程设计的要求、任务和方法，布置设计题目（0.5天）；2、查阅资料，确定设计方案（1天）；3、设计、实验调试并完成课程设计报告（2.5天）；4、当场个人答辩及报告评阅（1天）。学生姓名：刘英俊指导时间2016年11月20日至2016年11月27日指导地点：F409任务下达2016年11月21日任务完成2016年11月27日考核方式1.评阅2.答辩□3.实际操作□　4.其它□指导教师系（部）主任注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结

3、束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。南昌航空大学课程设计引言本课程设计通过仿真实例介绍前馈-反馈控制系统的基本特点、前馈反馈控制系统的设计及前馈反馈控制系统控制器的参数整定等基础认识。在本设计中，通过对锅炉双冲量控制系统的设计分析，说明前馈反馈控制系统的优越性能。南昌航空大学课程设计目录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52.2.1、汽包水位在

4、给水流量作用下的动态特性62.2.2、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各环节对系统控制的作用103.1.2、PID参数整定方法103.2、系统仿真113.2.1、系统辨识113.2.2、前馈—反馈控制系统整定123.2.3、构成反馈控制系统前向通道稳定分析153.3、simulink仿真15参考文献17南昌航空大学课程设计1、系统概述1.1、前馈控制系统的结构在热工控制系统中，由于被控对象通常存在一定的纯滞后和容积滞后，因

5、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本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。考虑到偏差产生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之前，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

6、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时的多。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。前馈控制系统的工作原理可结合下面图1.1所示。图1.1前馈控制原理图图1.1中虚线部分为缩影入的控制部分。G1(s)、G3(s)为干扰源至系统的干扰通道传递函数；Gd(s)为前馈调节器的传递函数；G2(s)、G3(s)18南昌航空大学课程设计为干扰源至系统输出的控制通道传递函

7、数。系统输出为：Y=X·G1G2G3+M(GdG2+Gf)G3(1-1)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=-Gf/G2(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干扰的影响。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。只要系统中各环节是稳定的，控制系统就必定稳定。若系统中

8、有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，固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，系统随时间、工作状态、环境等变