第7章前馈控制系统讲述.ppt

7. 前馈控制系统 7.1 前馈控制系统 基本内容： 1）前馈控制的基本控制原理及特点 2）前馈控制的组合应用 7.1.1 前馈控制原理及特点 1） 前馈控制基本思想 反馈控制依据及不足 依据：偏差信号， 弱点：干扰影响到被控变量后才能实施控制，具 有一定的滞后性。 前馈控制 是依据进入系统的干扰量产生合适的控制作用，使被控变量维持在设定值的一种控制方法。 理论上讲，前馈控制具有被控变量不变性功能。 例：反馈控制与前馈控制 2）前馈控制基本特性 ⑤ 前馈控制器 注意：前馈控制器不同于反馈控制应用的一般控制器，而是一种针对具体对象的专用控制器 前馈控制传递函数 理想状态（不变性原理） 控制规律： a. 反馈控制基本特征 闭环控制：对所有影响被控变量的干扰均具有一定的克服能力，具有检测控制效果的能力。 控制依据：被控变量偏差 检测信号：被控变量 不及时性：存在控制的不及时性，不能完全消除偏差 控制器：可以采用普通的、普遍应用的一般控制器 b. 前馈控制基本特性 开环控制：仅对选定干扰具有克服能力，不具有检测控制效果的能力。 控制依据：干扰量大小 检测信号：扰动量 及时性：控制及时。理论上具有不变性 控制器：由被控对象特性确定的专用控制器 3）前馈控制主要形式 静态前馈补偿控制 a.特征： 稳态不变性原理，不保证控制过程中动态偏差为0 控制器输出仅是干扰量的函数，与时间无关 b.静态前馈补偿函数： C.静态前馈补偿函数获得： 利用衡算式（物料衡算、能量衡算、动量衡算） 例：换热器温度前馈补偿控制 静态前馈补偿控制式： 静态前馈补偿控制方案 7.1.2 前馈控制的组合应用 前馈控制的应用限制 不能检验控制效果，无对控制偏差作进一步调整的能力 系统存在多个干扰，无法对每个干扰配置一个前馈控制 由于补偿模型的准确性问题，实际的前馈控制无法做到全补偿。 结论： 实际工业控制中，前馈控制不能单独使用，需要与其他控制方案结合应用。其在组合方案中起到前馈补偿功能。 1）前馈-反馈控制 a.前馈、反馈控制特性比较 结论：前馈与反馈控制特性能够在一定程度上互补 b. 控制原理 数学描述 前馈补偿功能： c. 前馈-反馈控制优点 具有前馈控制与反馈控制的双重优点 由于加入了反馈控制，降低了对前馈控制模型的要求，且具有克服其他扰动的干扰的能力 由于前馈控制对主要干扰作了及时控制，大大减轻了反馈控制的负担 2）前馈-串级控制系统 前馈控制与串级控制结合构成的一种控制方案。 构成例： 前馈控制器控制规律 传递函数： 其中G’P2是等效副环传递函数 由传递函数 根据不变性原理得控制律 3）前馈控制规律实现 由于工程对象的准确的传递函数不易获得，工程上一般用一阶或者二阶滞后环节来近似实际对象的传递函数。并由此获得前馈补偿器的数学模型。 例如： 设定干扰通道与控制通道特性： 则有控制规律： 7.1.3 前馈控制系统应用 1）应用场合 ① 系统滞后或容量滞后较大，反馈控制系统难以满足工艺控制要求场合 ② 系统中存在可测而不可控的强烈干扰影响的场合 ③ 干扰对被控变量存在显著影响，反馈控制难以克服的场合 ④ 工艺要求按照某一给定数学模型实施控制的场合 2）注意： 前馈控制主要应用于对主要干扰的补偿控制 应用例1：精馏塔塔釜温度控制（滞后较大） 引入前馈控制理由： 精馏塔进料流量及温度对塔釜温度的影响具有较大的时间滞后，反馈控制难以满足工艺控制指标要求 应用例2：锅炉水位控制（可测不可控参数） 应用前馈控制理由： 锅炉蒸汽流量由后续工段用量决定，不允许在锅炉出口处实施控制。 干扰直接进入主环，克服能力有限。需增加前馈控制。 应用例3：加热炉出口温度控制（干扰影响大） 应用前馈控制理由： 进入加热炉的原油流量波动较大，且直接对出口原油温度产生较大影响。 施加前馈控制之前，对原油流量干扰的控制相当于单回路反馈控制 课堂练习 比值控制系统 均匀控制系统 前馈控制系统 例1：氨气与水的比值控制 工艺条件 主动物流：氨气，2000m3/h 从动物流：水，4m3/h 氨气流量表：3200m3/h 水表：6.3m3/h 请计算比值器比值设定系数 Q1：氨气 Q2：水 例2： 如图用DDZ-Ⅲ型乘法器构成的比值控制系统，已知 Q1max=2000kg/h，Q2max=7000kg/h。