前馈控制与锅炉汽包水位控制PPT.PPT

前馈控制 戴连奎 浙江大学工业控制研究所 2014/04/28 内 容 前馈控制的概念 线性前馈控制器的设计 非线性前馈控制器的设计 前馈反馈控制策略 小结 问题讨论 反馈控制与前馈控制方案举例 前馈控制的一般概念 线性前馈控制器的设计 线性前馈控制器设计（续） 线性前馈控制器设计（续） 前馈控制器的类型 静态前馈控制与动态前馈控制 换热器出口温度线性前馈控制的仿真结果 非线性静态前馈控制方案 非线性静态前馈控制仿真 前馈控制与反馈控制的比较 换热器前馈反馈控制方案#1 换热器前馈反馈控制方案#2 换热器前馈反馈控制方案#3 小 结 可能引入前馈控制的场合 (1) 基本的被控变量不可测 (2) 基本的被控变量可测，但某些干扰太强以至于反馈控制系统难以满足工艺要求 运用前馈控制的条件 (1) 主要干扰是可测的 (2) 干扰通道的响应速度低于控制通道的响应速度 (3) 干扰通道与控制通道的动态特性几乎是不变的，或者是可抵消的 前馈控制应用举例——锅炉汽包液位控制 戴连奎 浙江大学工业控制研究所 2014/05/05 基本锅炉控制问题 锅炉空燃比控制方案 汽包水位控制问题 被控变量：汽包水位 H (s) 操作变量：给水流量 F (s) 主要干扰：燃烧发汽量与用汽量（基本平衡） D (s) 汽包水位对象特性分析 非最小相位系统及其特性 单冲量控制方案 双冲量控制方案 三冲量控制方案 三冲量控制仿真示例 三冲量控制的两种简化连接法 小结 锅炉汽包液位控制的难点：控制通道存在非最小相位特性 无论是双冲量控制，还是三冲量控制，均引入发汽量（即蒸汽流量）作为前馈信号 该前馈反馈控制系统应用成功的关键在于：其前馈模型（进水量 = 发汽量）简单明确 当前馈模型难以建立，或对应的实际过程特性可能变化较大时，前馈控制就难以应用。 下一讲：多变量系统的耦合与解耦 相对增益的概念 相对增益矩阵的计算 多变量系统CVs与MVs的配对原则 基于文块图的线性解耦器设计 基于过程机理的非线性解耦器设计 应用举例 问题讨论 * * 某一换热器如右图所示，要求采用蒸汽流量RV 控制工艺介质的出口温度 T2。试依据下列情况设计相应的控制方案： 情况 #1：工艺介质流量 RF 与蒸汽入口压力 PV 均比较稳定； 情况 #2：RF 稳定，而 PV 变化频繁； 情况 #3：RF 变化频繁，而 PV 比较稳定； 情况 #4：RF 与 PV 均变化频繁。 反馈控制方案 前馈控制方案 D1(t), …, Dn(t) 表示某些可测量、且对被控变量CV影响显著的干扰 前馈控制的基本原理： 在这些可测干扰影响CV以前，同时调节操作变量MV以抵消这些干扰的影响，最终使CV维持不变或基本不变。 设计目标： 前馈控制器设计公式： 设计目标： ( 为什么 ? ) 前馈控制器设计公式： 物理意义分析 常见的线性前馈控制器： 线性前馈控制与非线性前馈控制 详见仿真模型…/FFControl /ExHeaterLinearFFC.mdl 静态数学模型 详见换热器出口温度的前馈仿真模型 …/FFControl/ExHeaterStaticFFC.mdl 反馈控制 前馈控制 可适合于非线性、时变系统 不需要对象的数学模型 全部干扰均通过CV可感受 闭环，稳定性至关重要 基于CV控制误差操作 MV CV 可测量 不适合于非线性、时变系统 控制通道与相关干扰通道的精确数学模型均需要获得 开环，无稳定性问题 基于干扰操作 MV 只有部分干扰可检测 相关干扰可测量 FFC输出初值如何设置？ 控制器参数如何整定？ 由于换热器的稳态方程为 假设主要干扰来自于PV, RF；如何改善换热器出口温度的控制性能 ? 设计控制系统以满足 （1）安全性： 液位控制、空气/燃料流量比值控制 （2）满足用户需求： 蒸汽压力控制 （3）有效且经济燃烧 空气/燃料比值稳态时基本不变，动态时空气富裕 带有O2调节的双交叉控制 为什么说它是一个困难的控制问题？ 干扰通道特性—物理意义分析—控制通道特性 近似模型? 在复平面的右半平面将存在零点，如果 具有上述特点的过程称为“非最小相位系统” 单回路PID控制 问题讨论 （1）指出其控制策略 ? （2）画出其控制方块图 （3）选择控制器LC11的正反作用，C2的符号与大小，假设给水阀为气关阀，且C1 = 1。 问题讨论 （1）指出其控制策略 ? （2）画出其控制方块图 （3）选择控制器LC11的正反作用，C2的符号与大小，假设给水阀为气关阀，且C1 = 1。 分析两种连接法对应的控制策略，它们存在什么区别 ?