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1、前馈控制 w前馈控制的提出和基本概念 w前馈控制系统的结构 w前馈控制的选用与稳定性 w前馈控制系统的工程整定 w前馈控制系统的工业应用 前馈控制的提出和基本概念 换热器工艺流程图 换热器控制要求 换热器温度反馈控制系统 TT TC 反馈控制系统的特点 w反馈控制的本质是 基于偏差来消除偏差 w是一种 不及时 的控制 无论扰动发生 在哪里 总要等到被控量发生偏差后 调节器才开始调节 调节器的动作总要 落后扰动作用的发生 w存在 稳定性 问题 必须进行分析 w对包围在环内的一切扰动量均能抑制 前馈控制的原理与特点 选择影响被控量 并且可测量的主要扰 动 构成前馈控制系统 FT 前馈补偿器 前馈控
2、制系统框图 GPD s GPC s 前馈控制的补偿原理 前馈控制的特点 w 基于扰动来消除扰动对被控量的影响 又称为 扰动补偿 w扰动发生后 前馈控制 及时 动作 w属于开环控制 只要系统中各环节是稳 定的 则控制系统必然稳定 w只适合于可测不可控的扰动 w控制规律取决于被控对象的特性 w一种前馈控制只能克服一种扰动 1 可测 扰动量可以通过测量变送器 在 线地将其转换为前馈补偿器所能接受的信号 2 不可控 扰动量与控制量之间的相互独 立性 即控制通道的传递函数与扰动通道的 传递函数无关联 从而控制量无法改变扰动 量的大小 前馈控制的局限性 w完全补偿难以实现 扰动通道和控 制通道的数学模型很
3、难准确求出 即使求出 工程上难以实现 w只能克服可测不可控的扰动 前馈控制系统的结构形式 w单纯的前馈控制系统 w前馈 反馈控制系统 w前馈 串级控制系统 前馈 反馈复合控制系统 补偿器数学模型 结构一的数学模型 结论 2 只要对主要干扰进行前馈补偿 其它干扰由 反馈控制予以校正 结构之二 补偿器数学模型 工业应用 加热炉前馈 反馈控制 FT TT 分析 前馈 串级复合控制系统 w典型结构框图 由于串级控制系统对进入 副回路的扰动影响有较强的抑制作用 所 以前馈控制主要克服一次扰动 前馈控制模型 工业应用 加热炉温度控制系统 FT TT FT 习题5 11 确定控制器的正反作用形式 w先研究副
4、调节器 w再研究主调节器 习题5 12 w画出结构图 w串级控制是由内外两个反馈回路所组成 而前馈 反馈控制是由一个反馈回路和 另一个开环的补偿回路叠加而成 w串级控制中的副参数是反映主被控变量的 中间变量 控制作用对它产生明显的调节 效果 而前馈 反馈控制中的前馈输入量 是对主被控变量有显著影响的干扰量 是 完全不受控制作用约束的独立变量 a图的框图 b图的框图 前馈控制的选用与稳定性 w实现前馈控制的必要条件是扰动量的可测及 不可控性 1 可测 扰动量可以通过测量变送器 在 线地将其转换为前馈补偿器所能接受的信号 2 不可控 扰动量与控制量之间的相互独 立性 即控制通道的传递函数与扰动通道
5、的 传递函数无关联 从而控制量无法改变扰动 量的大小 前馈控制的选用与稳定性 w前馈控制系统的稳定性 1 前馈控制是开环控制 只要各环节是稳 定的 系统就是稳定的 2 前馈 反馈 前馈 串级系统 只要反馈 或串级系统是稳定的 则相应的前馈 反馈 前馈 串级控制系统也一定稳定 3 无自平衡能力的生产过程 通常不能单 独使用前馈控制 前馈控制系统的工程整定 w前馈控制模型是由过程扰动通道和过 程控制通道决定的 但准确获取过程 扰动通道和过程控制通道的传递函数 通常很困难 所以理论整定难以进行 目前广泛采用的是工程整定法 w参见教材P138 142 前馈控制系统的实施 w相当数量的工业对象都具有非周
6、期性与 过阻尼的特性 经常可用一个一阶或二 阶容量滞后 必要时再串一个纯滞后环 节来近似 动态特性 具有超前特性 适合 于控制通道滞后大于 干扰通道滞后 具有滞后特性 适合 于控制通道滞后小于 干扰通道滞后 实现办法 大滞后补偿控制 w大滞后带来的影响 w大滞后过程的预估补偿控制 w增益自适应的预估补偿控制 大滞后带来的影响 w由于过程控制通道中纯滞后的存在 被控 量不能及时反映系统承受的扰动 扰动量 影响的反映要依靠被控参数的检测 由于 滞后的存在 反映时间滞后 因而开始调 节的时间也滞后 调节不及时 w过程会产生明显的超调量和较长的调节时 间 原因是调节不及时 大滞后的界定与控制方案 大滞
7、后过程的预估补偿控制 w基本思想 按照过程特性 预估 出一种模型加入到反馈控制系统 中 以补偿过程的动态特性 Smith预估补偿控制 Smith预估补偿控制系统 Smith预估补偿控制等效框图 Smith补偿的实现 w用近似数学模型模拟纯滞后环节 帕德 一阶和二阶近似式 帕德一阶近似式 帕德二阶近似式 帕德近似式的实现 Smith补偿控制系统框图 Smith预估补偿控制存在的问题 增益自适应预估补偿控制 A B 加热炉温度预估补偿控制 w轧钢车间加热炉多点平均温度反馈 控制系统 系统主要配置 六台设有断偶报警 装置的温度变送器 三台高值选择 器 一台加法器 一台PID调节器 和一台电 气转换器 加热炉温度反馈控制系统流程图 TT1TT2TT3TT4TT5TT6 系统简介 Smith预估补偿控制方案 Smith预估补偿器 Smith预估补偿控制分析 增益自适应补偿控制方案 TT1TT2TT1TT2TT1TT2 等效框图 增益自适应PID控制的实现 调节器比例增益的自动修改
