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1、1第八章 前馈-反馈复合控制系统 分析与设计第八章 前馈-反馈复合控制系统 分析与设计热工自动控制系统热工自动控制系统第八章 前馈-反馈复合控制系统分析与设计第八章 前馈-反馈复合控制系统分析与设计 8.1 前馈控制系统的组成及特点8.1 前馈控制系统的组成及特点 8.28.2 前馈前馈- -反馈复合控制系统特性分析反馈复合控制系统特性分析 8.28.2 前馈前馈 反馈复合控制系统特性分析反馈复合控制系统特性分析 8.3 三冲量给水控制系统8.3 三冲量给水控制系统8.18.1 前馈控制系统的组成及特点前馈控制系统的组成及特点8.18.1 前馈控制系统的组成及特点前馈控制系统的组成及特点GcK
2、zGpY0DYGd 反馈控制的“两段时间”反馈控制的“两段时间”H第一段时间：干扰产生第一段时间：干扰产生被控量变化被控量变化第二段时间：第二段时间：被控量变化被控量变化执行器动作执行器动作第一段时间：干扰产生第一段时间：干扰产生被控量变化被控量变化第二段时间：第二段时间：被控量变化被控量变化执行器动作执行器动作 前馈控制（Feed-Forward Control）前馈控制（Feed-Forward Control）DGdGff完全补偿条件完全补偿条件完全补偿条件完全补偿条件( )( )dG sG KzGpY+)( )(-)()()()( zsGsGsKsGsDsY pdff=0z( )( )
3、=( )d ffGsK s 前馈控制的特点前馈控制的特点干扰一旦出现，调节器直接根据检测到的干扰的大小和方向按一定规律进行控制。干扰一旦出现，调节器直接根据检测到的干扰的大小和方向按一定规律进行控制。显然，干扰发生后，被控制量发生变化干扰发生后，被控制量发生变化前，控制作用就产生了前，控制作用就产生了，节省了反馈控制的“两段时间”，控制作用及时。显然，干扰发生后，被控制量发生变化干扰发生后，被控制量发生变化前，控制作用就产生了前，控制作用就产生了，节省了反馈控制的“两段时间”，控制作用及时。No r t h Ch i n a El e c t r i c Po w e r Un i v e r
4、 s i t y , Fa n g Fa n g2 前馈控制的局限性前馈控制的局限性 前馈控制属于开环控制，抗干扰能力差；前馈控制属于开环控制，抗干扰能力差； 工业对象扰动多，无法一一设计前馈控制器；工业对象扰动多，无法一一设计前馈控制器； 控制通道迟延过大时无法实现完全补偿控制通道迟延过大时无法实现完全补偿； 控制通道迟延过大时无法实现完全补偿控制通道迟延过大时无法实现完全补偿； 扰动作用很难精确测量。扰动作用很难精确测量。完全补偿条件往往无法得到满足！完全补偿条件往往无法得到满足！完全补偿条件往往无法得到满足！完全补偿条件往往无法得到满足！思考题思考题思考题思考题8 8- -1 1：1.1
5、.若前馈控制系统的结构为：若前馈控制系统的结构为：若前馈控制系统的结构为：若前馈控制系统的结构为：DGff想要完全消除扰动影响，前馈控制器应如何想要完全消除扰动影响，前馈控制器应如何选取？前提是什么？选取？前提是什么？想要完全消除扰动影响，前馈控制器应如何想要完全消除扰动影响，前馈控制器应如何选取？前提是什么？选取？前提是什么？KzGpYGd+8.2 前馈-反馈复合控制系统8.2 前馈-反馈复合控制系统 特性分析特性分析特性分析特性分析 前馈反馈控制系统前馈反馈控制系统要保证控制系统的控制品质、抗干扰要保证控制系统的控制品质、抗干扰能力，有必要把前馈控制和反馈控制结合能力，有必要把前馈控制和反
6、馈控制结合要保证控制系统的控制品质、抗干扰要保证控制系统的控制品质、抗干扰能力，有必要把前馈控制和反馈控制结合能力，有必要把前馈控制和反馈控制结合起来，通过优势互补，提高控制系统的整起来，通过优势互补，提高控制系统的整体性能。体性能。起来，通过优势互补，提高控制系统的整起来，通过优势互补，提高控制系统的整体性能。体性能。 针对扰动作用的前馈反馈复合控制针对扰动作用的前馈反馈复合控制DYGdGff+ + +YKzGpY+ +GcHY0 重点考虑对扰动作用的抑制和补偿重点考虑对扰动作用的抑制和补偿 重点考虑对扰动作用的抑制和补偿重点考虑对扰动作用的抑制和补偿 针对给定值的前馈反馈复合控制针对给定值
7、的前馈反馈复合控制KzGpD YGff+ + GcY0H 重点考虑对给定值变化的跟踪能力重点考虑对给定值变化的跟踪能力 重点考虑对给定值变化的跟踪能力重点考虑对给定值变化的跟踪能力No r t h Ch i n a El e c t r i c Po w e r Un i v e r s i t y , Fa n g Fa n g3 前馈反馈复合控制的特点前馈反馈复合控制的特点1. 1. 引入反馈控制后，前馈控制的补偿条件不变引入反馈控制后，前馈控制的补偿条件不变1. 1. 引入反馈控制后，前馈控制的补偿条件不变引入反馈控制后，前馈控制的补偿条件不变DGGff( )( )=( )d ffG s
8、GsK sKzGpYGd+GcHY0z( )K s 前馈反馈复合控制的特点前馈反馈复合控制的特点2. 2. 前馈控制器的形式与前馈作用的位置有关前馈控制器的形式与前馈作用的位置有关2. 2. 前馈控制器的形式与前馈作用的位置有关前馈控制器的形式与前馈作用的位置有关D ( )( )=( )( )d ffG sGsGKGffKzGpYGd+ +GcHY0z( )( )( )ff cG s K s+ + 前馈反馈复合控制的特点前馈反馈复合控制的特点3. 3. 引入前馈控制后，系统的稳定性不受影响引入前馈控制后，系统的稳定性不受影响3. 3. 引入前馈控制后，系统的稳定性不受影响引入前馈控制后，系统的
9、稳定性不受影响DGdGffKzGpY+GcHY0z( )=1+( )( )( )( )cpsG s K s Gs H s 前馈反馈复合控制的应用原则前馈反馈复合控制的应用原则1. 1. 若被控对象的惯性和迟延较大，仅采用反若被控对象的惯性和迟延较大，仅采用反馈控制达不到预期效果时，有必要引入前馈控制达不到预期效果时，有必要引入前1. 1. 若被控对象的惯性和迟延较大，仅采用反若被控对象的惯性和迟延较大，仅采用反馈控制达不到预期效果时，有必要引入前馈控制达不到预期效果时，有必要引入前馈作用馈作用；馈作用馈作用；馈作用馈作用；馈作用馈作用；2. 2. 如果扰动作用可以测量且经常变化，引入如果扰动作
10、用可以测量且经常变化，引入前馈作用能很好地提高系统的控制品质。前馈作用能很好地提高系统的控制品质。2. 2. 如果扰动作用可以测量且经常变化，引入如果扰动作用可以测量且经常变化，引入前馈作用能很好地提高系统的控制品质。前馈作用能很好地提高系统的控制品质。思考题思考题思考题思考题8 8- -2 2：1.1.为什么说前馈作用的加入对系统的稳定性为什么说前馈作用的加入对系统的稳定性没有影响？没有影响？为什么说前馈作用的加入对系统的稳定性为什么说前馈作用的加入对系统的稳定性没有影响？没有影响？ 8.38.3 三冲量给水控制系统三冲量给水控制系统8.38.3 三冲量给水控制系统三冲量给水控制系统No r
11、 t h Ch i n a El e c t r i c Po w e r Un i v e r s i t y , Fa n g Fa n g4 给水控制的任务给水控制的任务省省蒸汽流量过热器汽包蒸汽流量过热器汽包HD平衡：平衡：给水量给水量蒸发量蒸发量平衡：平衡：给水量给水量蒸发量蒸发量给水流量给水流量省省 煤 器给水阀煤 器给水阀W水冷壁水冷壁M燃烧率燃烧率汽包水位汽包水位=0=0汽包水位汽包水位=0=0 给水控制的任务给水控制的任务1. 1. 维持汽包水位维持汽包水位1. 1. 维持汽包水位维持汽包水位过高：蒸汽带水过高：蒸汽带水管壁和叶片结垢管壁和叶片结垢汽机叶片损坏汽机叶片损坏过低
12、：爆管过低：爆管干锅干锅过高：蒸汽带水过高：蒸汽带水管壁和叶片结垢管壁和叶片结垢汽机叶片损坏汽机叶片损坏过低：爆管过低：爆管干锅干锅正常范围正常范围：正常范围正常范围：3030 50mm30 50mm30 50mm50mm2. 2. 保持给水量稳定保持给水量稳定2. 2. 保持给水量稳定保持给水量稳定给水量的剧烈波动对省煤器和给水管道不利。给水量的剧烈波动对省煤器和给水管道不利。给水量的剧烈波动对省煤器和给水管道不利。给水量的剧烈波动对省煤器和给水管道不利。正常范围正常范围：正常范围正常范围：30 50mm30 50mm30 50mm30 50mm 异常情况：异常情况：200mm200mm 事
13、故情况：事故情况： 350mm350mm异常情况：异常情况：200mm200mm 事故情况：事故情况： 350mm350mm 给水被控对象的动态特性给水被控对象的动态特性影响汽包水位的因素：影响汽包水位的因素：影响汽包水位的因素：影响汽包水位的因素： 锅炉蒸发量锅炉蒸发量 ( (主蒸汽流量主蒸汽流量 锅炉蒸发量锅炉蒸发量 ( (主蒸汽流量主蒸汽流量D D D D ) )； 给水流量给水流量) )； 给水流量给水流量WWWW；稳态量稳态量稳态量稳态量 燃烧率燃烧率 燃烧率燃烧率MMMM； 汽包压力汽包压力； 汽包压力汽包压力P P P PDDDD； 给水压力给水压力； 给水压力给水压力P P P
14、 PWWWW； 汽轮机调节汽门开度汽轮机调节汽门开度； 汽轮机调节汽门开度汽轮机调节汽门开度 。暂态量暂态量暂态量暂态量1. 1. 给水流量给水流量1. 1. 给水流量给水流量W W W W 扰动下的水位变化特性扰动下的水位变化特性扰动下的水位变化特性扰动下的水位变化特性( ) ( )1(1)H sT W ssTssTs其中：其中：其中：其中： 为飞升速度为飞升速度为飞升速度为飞升速度沸腾式省煤器沸腾式省煤器非沸腾式省煤器非沸腾式省煤器沸腾式省煤器沸腾式省煤器非沸腾式省煤器非沸腾式省煤器T T2 2T T1 1( ) ( )sH seW ssT T2 2=30100s=30100s T T1
15、1=100200s=100200s2. 2. 蒸汽流量蒸汽流量2. 2. 蒸汽流量蒸汽流量D D D D 扰动下的水位变化特性扰动下的水位变化特性扰动下的水位变化特性扰动下的水位变化特性H H( (t t) ) = H= H1 1( (t t) )+H+H2 2( (t t) )2( )H sk22( ) ( )(1)H sk D sT ss“虚假水位虚假水位”现象现象“虚假水位虚假水位”现象现象3. 3. 燃烧率燃烧率3. 3. 燃烧率燃烧率M M M M 扰动下的水位变化特性扰动下的水位变化特性扰动下的水位变化特性扰动下的水位变化特性H H( (t t) ) = H= H1 1( (t t) )+H+H2 2( (t t) )2( ) ( )(1)H sk D sT ssM2( )(1)D sT ss“虚假水位虚假水位”现象现象“虚假水位虚假水位”现象现象燃烧率先于蒸汽量变化燃烧率先于蒸汽量变化燃烧率先于蒸汽量变化燃烧率先于蒸汽量变化No r t h Ch i n a El e c t r i c Po w e r Un i v e r s i t y , Fa n g Fa n g5“虚假水位虚假水位”现象现象“虚假水位虚假水位
