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1、前馈控制系统 Feedforward Control,于玲 浙江大学控制系 2011/04/03,上一讲内容回顾,介绍了串级控制系统的概念与特点； 结合控制原理，具体分析了串级系统的抗干扰性能； 讨论了串级控制系统的设计原则； 介绍了串级控制系统的防积分饱和； 介绍了串级控制系统的投运； 介绍了均匀控制的理念。,课堂提问1,相比反馈控制，串级控制更有效抑制干扰，因此在控制方案选择时应首选串级控制？ 串级能够有效抑制副回路中的干扰，因此应选择能包含最多干扰的那个变量作为副变量？,控制器的正反作用选择,课堂提问2,燃料油调节阀为气开阀 PC控制器为反作用 TC控制器为反作用,试分析串级控制为何能有
2、效抑止二次扰动； 试分析串级系统为何能克服副对象和调节阀的非线性。,课堂提问3,问题,如果加热蒸汽压力波动导致控制效果不理想可否用串级？ 如果工艺介质流量波动导致控制效果不理想可否用串级？,采用串级控制？,串级控制需要： 单回路控制不能满足要求； 可测量的副变量 副变量需要满足： 快速反应主要干扰的影响 干扰对副、主变量的影响具有因果关系 调节阀对副、主变量的影响具有因果关系,NO!,无法采用串级控制！,内 容,前馈控制的原理 线性前馈控制的设计 非线性前馈控制 前馈反馈控制系统,换热器的前馈控制方案,假设主要干扰为RF,前馈控制的思想,D1，Dn为可测扰动；u，y分别为被控对象的操作变量与受
3、控变量。,前馈思想：在扰动还未影响输出以前，直接改变操作变量，以使输出不受或少受外部扰动的影响。,线性前馈控制方块图,控制目标：,开环,动态前馈控制的可实现性,可实现条件：（1）QFF(s)阶次 PFF(s)阶次； （2）,不满足条件时怎么办？,可实现条件：（1）QFF(s)阶次 PFF(s)阶次； （2）,动态前馈控制的可实现性,若条件（2）不满足，可人为令,若条件（1）不满足，可令TDM = 0，而GYD (s)与GYC (s)均用一阶+纯滞后近似。 工业系统中常用的动态前馈控制器为,举例：换热器的前馈控制,稳态工作点：T1=20，RF=10 T/hr，RV=2T/hr，Kv=800，T2
4、=180。 假设：T2温度测量变送的量程为100-300，RV和RF的量程分别为0 5 T/hr和0 25 T/hr。,换热器的线性前馈控制,换热器的线性前馈控制（续）,采用阶跃响应方法测试各个环节的传递函数模型：,线性前馈控制的仿真,有余差,前馈加反馈控制,前馈反馈控制的仿真,非线性稳态前馈控制,稳态平衡关系：,非线性系统的动态前馈补偿,对于线性系统，动态前馈控制器可表示成静态与动态两部分：,对于非线性系统，上式中静态前馈部分可由对象的非线性静态模型计算得到，而动态部分同样可按线性对象处理。,非线性动态前馈控制器,动态前馈控制器 （g1(s)、g2(s)、g3(s)分别表示RVsp、T1、R
5、F对系统输出T2的通道特性的动态部分。）,前馈控制与反馈控制的比较,前馈反馈控制方案1,前馈反馈控制方案2,特点：可克服对象的非线性，或具有变增益控制器的功能。,讨 论,引入前馈控制的可能应用场合： 常规反馈控制系统难以满足要求； 干扰可测。 应用前馈控制的前提条件： 主要干扰可测； 调节阀与被测干扰之间没有因果关系； 干扰通道的响应速度比控制通道慢，至少应接近； 干扰通道与控制通道的动态特性变化不大。,数字PID的实现,比值控制 Ratio Control,于玲 浙江大学控制系 2011/04/03,比值控制内容,比值控制问题的由来； 常用的比值控制方案与系统结构； 流量比值与比值器参数的关
6、系； 变比值控制。,溶液配制问题,问题：假设NaoH用量QB和稀释水量QA可测并且QA可调。如果QB变化，如何调整以使稀释液NaoH的浓度为68%左右？ 解决方案： （1）出口浓度控制； （2）入口流量的比值控制（流量比值 ？）。,流量比值控制问题,要求：QA / QB = KAB（比值系数）而QB 为主动流量， QA 为可控量，要求设计一控制系统通过调节QA 以实现上述比值控制目标。,定比值控制方案,单闭环比值控制系统,双闭环比值控制系统,比值器的设定1,稳态条件: IA = I0,假设流量测量变送环节为线性对象。,对DDZ III型仪表, 比值器的输入输出关系为,令：,稳态条件:,比值器的
7、设定1（续）,比值器的设定2,假设流量测量变送环节为非线性对象。,对DDZ III型仪表, 比值器的输入输出关系为,乘法器的设定,稳态条件: IA = I0,对DDZ III型仪表, 乘法器的输入输出关系为,变比值控制系统,存在问题：物料A的流量回路存在非线性，当物料B的流量减少时，回路增益增大，有可能使系统不稳定，并可能出现“除零”运算。,对DDZ III型仪表, 除法器的输入输出关系为,系统功能变增益串级,系统功能前馈串级控制,综合练习说明,每位同学任选1篇文献进行仿真研究，也可选多篇，但需以其中1篇为主文献。 也可自行选题，但选题内容必须与本课程相关。 报告的内容，文档的形式以及评分标准请参见绪论中的相关说明 无需全部重复文献中的仿真研究，可取文献中的部分内容进行以下研究(不限于这些研究) 将自己的控制算法用于文献中的模型 对比文献的算法与自己的算法 将文献的算法用于其它模型,
