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1、 第七章 前馈及比值控制前馈及比值控制吴建国吴建国南通大学电气工程学院南通大学电气工程学院2007.10本章基本要求n前馈控制的原理n前馈反馈控制系统n比值控制问题的由来；n常用的比值控制方案与系统结构；n流量比值与比值器参数的关系；n仿真举例 6.1 前馈控制前馈控制 (Feedforward Control)前馈思想前馈思想：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。前馈控制的概念前馈控制的概念D1，Dn为可测扰动；u，y分别为被控对象的操作变量与受控变量。前馈控制方块图前馈控制方块图控制目标：u (t)、y (t) 分别表示控制变量与被控变量； d (t
2、) 表示某一外部干扰;GYD(s)、GYC(s)分别为干扰通道与控制通道的动态特性； GFF(s)为前馈控制器的动态特性。前馈不变性原理前馈不变性原理n动态不变性动态不变性：在扰动d(t)的作用下，被控量y(t) 在整个过渡过程中始终保持不变，称系统对于扰动d(t)具有动态不变性，即Y(s)/D(s) = 0,（调节过程的动态和稳态偏差均为零，”理想情况“）。n稳态不变性稳态不变性：在干扰d(t)作用下，被控量y(t)的动态偏差不等于零，而其稳态偏差为零，即Y(0)/D(0) = 0，或者说y(t) 在稳态工况下与扰动量d(t)无关。静态前馈控制静态前馈控制n控制目标控制目标：保证过程输出在稳
3、态下补偿外部扰动的影响，即实现“稳态不变性”。n静态前馈控制方式静态前馈控制方式：u线性静态前馈：u非线性静态前馈：结合对象静态模型获得前馈控制器结构与参数。非线性静态前馈控制非线性静态前馈控制稳态平衡关系：讨论: 前馈控制器的实现与相关测量仪表的影响前馈控制与反馈控制的比较前馈控制与反馈控制的比较 前前 馈馈 控控 制制 反反 馈馈 控控 制制扰动可测，但不要求被控量可测被控量直接可测超前调节，可实现系统输出的不变性（但存在可实现问题）按偏差控制，存在偏差才能调节，（滞后调节）开环调节，无稳定性问题闭环调节，存在稳定性问题系统仅能感受有限个可测扰动系统可感受所有影响输出的扰动对于干扰与控制通
4、道的动态模型，要求已知而且准确对通道模型要求弱，大多数情况无需对象模型对时变与非线性对象的适应性弱对时变与非线性对象的适应性与鲁棒性强换热器的前馈反馈控制方案1换热器的前馈反馈控制方案2特点：可克服对象的非线性，或具有变增益控制器的功能。结 论n引入前馈控制的可能应用场合：（1）主要被控量不可测；（2）尽管被控量可测，但控制系统所受的干扰严重，常规反馈控制系统难以满足要求。n应用前馈控制的前提条件：（1）主要干扰可测；（2）干扰通道的响应速度比控制通道慢，至少应接近；（3）干扰通道与控制通道的动态特性变化不大。 6.2 6.2 比值控制（比值控制（Ratio Ratio ControlCont
5、rol）要求要求：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。溶液配制问题溶液配制问题问题：问题：当NaoH用量QB变化时，调整稀释水量QA 以使稀释液NaoH的浓度为68%左右。解决方案解决方案：（1）出口浓度控制；（2）入口流量的比值控制（流量比值 ？）。比值控制系统方案比值控制系统方案1 1假设流量测量变送环节为线性对象（对于用孔板测量的信号须经开方运算）。稳态条件稳态条件: IA = K1 IB比值控制方案比值控制方案2 2稳态条件稳态条件: K2 IA = IB比值控制系统方案比值控制系统方案3 3稳态条件稳态条件: K3 = IA / IB存在问题存在问题：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。 换热器出口温度换热器出口温度变比值串级控制系统变比值串级控制系统系统功能系统功能：（1）变比值串级？（2）变增益串级？（3）前馈反馈串级 控制 ？结 论n讨论了流量比值控制问题；n介绍了常用的比值控制方案；n分析了流量比值与比值器参数的关系；n详细列举了燃烧控制中常用的逻辑提降量问题与解决方案；n简单介绍了变比值控制系统的特点与应用场合。
