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1、病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 为导出前馈控制器的模型为导出前馈控制器的模型, 先将换热器前馈先将换热器前馈-反馈反馈控控制系统的构成示意图画成相应的方框图制系统的构成示意图画成相应的方框图.加热蒸汽量加热蒸汽量冷凝水冷凝水进料量进料量TC温度设定值温度设定值由方框图可得由方框图可得:根据不变性原根据不变性原理理:代入上式代入上式得前馈控制器的传递函数为得前馈控制器的传递函数为:病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程如前馈控制信号不与反馈回路中
2、控制器的输出信号叠加如前馈控制信号不与反馈回路中控制器的输出信号叠加共同作用在控制阀上共同作用在控制阀上, 而是与系统的给定信号而是与系统的给定信号系统输系统输出的测量信号叠加后作为控制器的输入出的测量信号叠加后作为控制器的输入, 如下图所示如下图所示,加热蒸汽量加热蒸汽量冷凝水冷凝水进料量进料量TC温度设定值温度设定值其其对应的方框图见右下对应的方框图见右下图图. 由图可得由图可得:同理同理:病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程前馈前馈-反馈控制的优点反馈控制的优点:(1)只需对主要干扰进行补偿只需对主要干扰进行补偿,
3、 其它干扰可由反馈控制予其它干扰可由反馈控制予以校正以校正, 简化了原有前馈控制系统简化了原有前馈控制系统;(2)反馈回路的存在反馈回路的存在, 降低了对前馈模型的精度要求降低了对前馈模型的精度要求, 为为工程上实现比较简单的通用型前馈控制器创造了条件工程上实现比较简单的通用型前馈控制器创造了条件;(3) 引入前馈控制器不改变反馈回引入前馈控制器不改变反馈回路的特征方程路的特征方程, 从而不影响系统的稳定性从而不影响系统的稳定性, 可较好地解可较好地解决稳定性与控制精度间的矛盾决稳定性与控制精度间的矛盾;(4)无反馈回路时无反馈回路时, 出料温度对进料量干扰间的关系式为出料温度对进料量干扰间的
4、关系式为:, 有反馈回路后有反馈回路后,在干扰幅值相同情况下在干扰幅值相同情况下, 出料温度的稳态值为原来的出料温度的稳态值为原来的,比单纯前馈控制受干扰的影响小比单纯前馈控制受干扰的影响小.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 (四四)前馈前馈-串级控制系统串级控制系统 对换热器前馈对换热器前馈-反馈控制系统的分析可知反馈控制系统的分析可知, 前馈控前馈控制制器的输出与反馈控制器的输出叠加后直接送至控制阀器的输出与反馈控制器的输出叠加后直接送至控制阀,这实际上是将所要求的进料量与加热蒸汽量的对应关系这实际上是将所要求的
5、进料量与加热蒸汽量的对应关系转化为进料量与控制阀膜头压力间的关系转化为进料量与控制阀膜头压力间的关系. 从而为保证从而为保证前馈补偿的精度前馈补偿的精度, 对控制阀提出了严格的要求对控制阀提出了严格的要求, 希望它希望它灵敏灵敏线性及尽可能小的滞环线性及尽可能小的滞环. 还要求控制阀前后的压还要求控制阀前后的压差恒定差恒定, 否则同样的前馈输出将对应不同的加热蒸汽流否则同样的前馈输出将对应不同的加热蒸汽流量量. 为解决上述问题为解决上述问题, 工程上在原有的反馈控制回路中工程上在原有的反馈控制回路中再增设一个加热蒸汽流量副回路再增设一个加热蒸汽流量副回路, 把前馈控制器的输出把前馈控制器的输出
6、与温度控制器的输出叠加后与温度控制器的输出叠加后, 作为加热蒸汽流量控制器作为加热蒸汽流量控制器的给定值的给定值, 构成前馈构成前馈-串级控制系统串级控制系统.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程换热器前馈换热器前馈-串级控制的构成示意图及对应方框图如下串级控制的构成示意图及对应方框图如下.由方框图可求出系统在干扰由方框图可求出系统在干扰加热蒸汽量加热蒸汽量冷凝水冷凝水进料量进料量TC温度设定值温度设定值QC作用下的闭环传递函数作用下的闭环传递函数.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部
7、位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程在串级控制系统中在串级控制系统中, 当副回路工作频率高于主回路工作当副回路工作频率高于主回路工作频率频率10倍时倍时, 副回路的传递函数可近似为副回路的传递函数可近似为1, 即即:则系统的闭环传递函数可近似为则系统的闭环传递函数可近似为:按不变性原理可得按不变性原理可得:病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 三三前馈控制作用的实施前馈控制作用的实施 通过对前馈控制系统几种典型结构形式的分析可知通过对前馈控制系统几种典型结构形式的分析可知前馈控制器的控制规律取决于对象干扰通道与控制通道
8、前馈控制器的控制规律取决于对象干扰通道与控制通道的特性的特性, 即即 由于工业对象的特性极为复杂由于工业对象的特性极为复杂, 导致前馈控制规律导致前馈控制规律的形式繁多的形式繁多, 但从工业应用的观点看但从工业应用的观点看, 尤其是应用常规尤其是应用常规仪表组成的控制系统仪表组成的控制系统, 总力求控制仪表的模式具有一定总力求控制仪表的模式具有一定的通用性的通用性, 以利于设计以利于设计 生产生产 运行和维护运行和维护. 另外另外, 由由于工业对象的复杂性于工业对象的复杂性, 欲精确获得其数学模型欲精确获得其数学模型, 也较困也较困难难. 实践证明实践证明, 相当数量的工业对象都具有非周期性和
9、相当数量的工业对象都具有非周期性和过阻尼的特性过阻尼的特性, 因此经常可用一个一阶或二阶容量滞后因此经常可用一个一阶或二阶容量滞后必要时再串联一个纯滞后环节给以近似必要时再串联一个纯滞后环节给以近似, 即即:控制通道的特性为控制通道的特性为干扰通道的特性为干扰通道的特性为病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程则前馈控制器模型为则前馈控制器模型为当上式中的各参数不同时当上式中的各参数不同时, 前馈模型分为三种基本形式前馈模型分为三种基本形式(一一)型前馈控制器型前馈控制器 当当时时, 叫静态前馈控制器叫静态前馈控制器.(二二
10、)型前馈控制器型前馈控制器当当时时,称作一阶称作一阶“超前超前-滞后滞后”型前馈控制型前馈控制.超前超前,滞后滞后. 此种类型控制器可用两种方法实现此种类型控制器可用两种方法实现.超前型前馈控制器超前型前馈控制器 适用于对象控制通道容量滞后大于干扰通道适用于对象控制通道容量滞后大于干扰通道容量滞后容量滞后, 滞后型前馈控制器适用于对象控滞后型前馈控制器适用于对象控制通道容制通道容 量滞后小于干扰通道容量滞后量滞后小于干扰通道容量滞后.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程(三三)型前馈控制器型前馈控制器存滞后模型存滞后模型
11、用模拟仪表只能近似实现用模拟仪表只能近似实现, 其最简单的其最简单的近似方法近似方法, 是将其用一阶分式代替是将其用一阶分式代替, 即即: 前所介绍的前馈控制器的模型前所介绍的前馈控制器的模型, 已为目前广泛应用已为目前广泛应用, 在在定型的定型的DDZ-型仪表、组装式仪表中都有相应的硬件模块型仪表、组装式仪表中都有相应的硬件模块在可编程数字控制器或用计算机控制的在可编程数字控制器或用计算机控制的DCSDCS中也有相应的控中也有相应的控制算法模块制算法模块, , 便于调用及软连接便于调用及软连接. . 四四 前馈控制系统的参数整定前馈控制系统的参数整定 五五 前馈控制系统的应用前馈控制系统的应
12、用(补充补充) 一般来说一般来说, 在下列情况下可考虑选用前馈控制在下列情况下可考虑选用前馈控制: (1)对象控制通道的容量滞后较大对象控制通道的容量滞后较大, 反馈控制难以满足工反馈控制难以满足工艺要求时艺要求时, 把主干扰引入前馈控制把主干扰引入前馈控制, 构成前馈构成前馈-反馈控制系统反馈控制系统病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 (2)系统中存在可测系统中存在可测、不可控、变化频繁、幅值大且、不可控、变化频繁、幅值大且对被控变量影响显著的干扰对被控变量影响显著的干扰, 则采用前馈控制可提高控则采用前馈控制可提高
13、控制品质制品质. 可测是指干扰量能用检测变送装置在线转化为可测是指干扰量能用检测变送装置在线转化为标准的电或气信号标准的电或气信号, 不可控指这些干扰难以通过设置单不可控指这些干扰难以通过设置单独的控制系统予以稳定独的控制系统予以稳定, 或虽设置了专门的控制系统予或虽设置了专门的控制系统予以稳定以稳定, 但由于操作上的需要但由于操作上的需要, 往往要经常改变其给定往往要经常改变其给定值值. 在应用中在应用中, 有时会将前馈有时会将前馈-反馈控制与串级控制混反馈控制与串级控制混淆淆不清不清, 这将给设计与运行带来困难这将给设计与运行带来困难, 下面以加热炉出下面以加热炉出口口温度控制系统的两种不
14、同控制方案温度控制系统的两种不同控制方案, 简要说明两者的关简要说明两者的关系与区别系与区别.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程下面是两种控制方案的构成示意图下面是两种控制方案的构成示意图. .图图(a)控制阀控制阀出口温度出口温度燃料油燃料油原料油原料油温度变送器温度变送器温度设定值温度设定值控制量控制量温度变送器温度变送器温度设定值温度设定值控制阀控制阀出口温度出口温度燃料油燃料油原料油原料油控制量控制量流量变送器流量变送器图图(b)图图(a)是加热炉出口温是加热炉出口温度与炉膛温度串级控度与炉膛温度串级控制系统制
15、系统. 图图(b)是原料油干扰是原料油干扰前馈与加热炉前馈与加热炉出口温度反出口温度反馈的前馈馈的前馈-反馈控制反馈控制系统系统. 两者相比两者相比, 结构上完结构上完全不同全不同, 串级串级控制由内控制由内 外外两个反馈回路构成两个反馈回路构成,前馈前馈-反馈控反馈控制由一个反馈回路和制由一个反馈回路和另一个开环的补偿回路构成另一个开环的补偿回路构成.病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程前馈控制系统与反馈控制系统相比较有何特点？试举一个前馈与反馈控制系统的例子，画出其原理图，给出前馈控制器的数学模型。病原体侵入机体，消
16、弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程答：1）前馈控制器产生控制作用的依据是干扰，而反馈系统的作用依据是偏差。 2）控制效果不同。前馈系统控制作用及时，对可测干扰可实现无偏差控制。 3）实现的经济性和可能性不同。前馈控制系统不可能对所有干扰都测量和实施控制，因而前馈系统是不经济的。前馈控制器的传递函数： Wd(s)-干扰通道传递函数 Wo(s)控制通道传递函数。病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程病原体侵入机体，消弱机体防御机能，破坏机体内环境的相对稳定性，且在一定部位生长繁殖，引起不同程度的病理生理过程 4-8 选择性控制系统选择性控制系统 一一基本概念基本概念 选择性控制又叫取代控制选择性控制又叫取代控制, 也称超驰控制也称超驰控制.以前所介绍的各种自动控制系统只能在生产工艺处于正以前所介绍的各种自动控制系统只能在生产工艺处于正常情况下工作常情况下工作, 一旦生产出现事故状态一旦生产出现事故状态, 控制器就要改控制器就要改为手动为手动, 待故障排除后待故障
