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1、前前馈控制控制前前馈控制的提出和基本概念控制的提出和基本概念前前馈控制系控制系统的的结构构前前馈控制的控制的选用与用与稳定性定性前前馈控制系控制系统的工程整定的工程整定前前馈控制系控制系统的工的工业应用用前前馈控制的提出和基本概控制的提出和基本概念念换热器工器工艺流程流程图换热器控制要求器控制要求换热器温度反器温度反馈控制系控制系统TTTC反反馈控制系控制系统的特点的特点反反馈控制的本控制的本质是是“基于偏差来消除偏差基于偏差来消除偏差”。是一种是一种“不及不及时”的控制：无的控制：无论扰动发生生在哪里，在哪里，总要等到被控量要等到被控量发生偏差后，生偏差后，调节器才开始器才开始调节，调节器的
2、器的动作作总要要落后落后扰动作用的作用的发生。生。存在存在“稳定性定性”问题：必：必须进行分析。行分析。对包包围在在环内的一切内的一切扰动量均能抑制。量均能抑制。前前馈控制的原理与特点控制的原理与特点 选择影响被控量，并且可影响被控量，并且可测量的主要量的主要扰动，构成前，构成前馈控制系控制系统FT前馈补偿器前前馈控制系控制系统框框图GPD(s)GPC(s)前前馈控制的控制的补偿原理原理前前馈控制的特点控制的特点“基于基于扰动来消除来消除扰动对被控量的影响被控量的影响”，又称，又称为“扰动补偿”；扰动发生后，前生后，前馈控制控制“及及时”动作；作；属于开属于开环控制，只要系控制，只要系统中各中
3、各环节是是稳定的，定的，则控制系控制系统必然必然稳定；定；只适合于只适合于可可测不可控不可控的的扰动；控制控制规律取决于被控律取决于被控对象的特性；象的特性；一种前一种前馈控制只能克服一种控制只能克服一种扰动。（1）可）可测：扰动量可以通量可以通过测量量变送器，在送器，在线地将其地将其转换为前前馈补偿器所能接受的信号。器所能接受的信号。（2）不可控：）不可控：扰动量与控制量之量与控制量之间的相互独的相互独立性，即控制通道的立性，即控制通道的传递函数与函数与扰动通道的通道的传递函数函数无关无关联，从而，从而控制量控制量无法改无法改变扰动量量的大小。的大小。前前馈控制的局限性控制的局限性完全完全补
4、偿难以以实现：扰动通道和控通道和控制通道的数学模型很制通道的数学模型很难准确求出；准确求出；即使求出，工程上即使求出，工程上难以以实现。只能克服只能克服可可测不可控不可控的的扰动前前馈控制系控制系统的的结构形式构形式单纯的前的前馈控制系控制系统前前馈-反反馈控制系控制系统前前馈-串串级控制系控制系统前前馈-反反馈复合控制系复合控制系统补偿器数学模型器数学模型结构一的数学模型构一的数学模型结论2.只要只要对主要干主要干扰进行前行前馈补偿，其它干，其它干扰由由反反馈控制予以校正。控制予以校正。结构之二构之二补偿器数学模型器数学模型工工业应用：加用：加热炉前炉前馈-反反馈控制控制FTTT分析分析前前
5、馈-串串级复合控制系复合控制系统典型典型结构框构框图：由于串：由于串级控制系控制系统对进入入副回路的副回路的扰动影响有影响有较强的抑制作用，所的抑制作用，所以前以前馈控制主要克服一次控制主要克服一次扰动。前前馈控制模型控制模型工工业应用：加用：加热炉温度控制系炉温度控制系统FTTTFT习题确定控制器的正反作用形式确定控制器的正反作用形式先研究副先研究副调节器器再研究主再研究主调节器器习题5.12画出画出结构构图;串串级控制是由内外两个反控制是由内外两个反馈回路所回路所组成，成，而前而前馈-反反馈控制是由一个反控制是由一个反馈回路和另回路和另一个开一个开环的的补偿回路叠加而成；回路叠加而成；串串
6、级控制中的副参数是反映主被控控制中的副参数是反映主被控变量的量的中中间变量，控制作用量，控制作用对它它产生明生明显的的调节效果；而前效果；而前馈-反反馈控制中的前控制中的前馈输入量是入量是对主被控主被控变量有量有显著影响的干著影响的干扰量，是完量，是完全不受控制作用全不受控制作用约束的独立束的独立变量；量；a图的框的框图b图的框的框图前前馈控制的控制的选用与用与稳定性定性实现前前馈控制的必要条件是控制的必要条件是扰动量的可量的可测及及不可控性不可控性（1）可）可测：扰动量可以通量可以通过测量量变送器，在送器，在线地将其地将其转换为前前馈补偿器所能接受的信号。器所能接受的信号。（2）不可控：）不
7、可控：扰动量与控制量之量与控制量之间的相互独的相互独立性，即控制通道的立性，即控制通道的传递函数与函数与扰动通道的通道的传递函数函数无关无关联，从而，从而控制量控制量无法改无法改变扰动量量的大小。的大小。前前馈控制的控制的选用与用与稳定性定性前前馈控制系控制系统的的稳定性定性（1）前）前馈控制是开控制是开环控制，只要各控制，只要各环节是是稳定的，系定的，系统就是就是稳定的；定的；（2）前）前馈-反反馈、前、前馈-串串级系系统，只要反，只要反馈或串或串级系系统是是稳定的，定的，则相相应的前的前馈-反反馈、前前馈-串串级控制系控制系统也一定也一定稳定；定；（3）无自平衡能力的生）无自平衡能力的生产
8、过程，通常不能程，通常不能单独使用前独使用前馈控制。控制。前前馈控制系控制系统的工程整定的工程整定前前馈控制模型是由控制模型是由过程程扰动通道和通道和过程控制通道决定的，但准确程控制通道决定的，但准确获取取过程程扰动通道和通道和过程控制通道的程控制通道的传递函数函数通常很困通常很困难，所以理，所以理论整定整定难以以进行，行，目前广泛采用的是工程整定法。目前广泛采用的是工程整定法。参参见教材教材P138-142。前前馈控制系控制系统的的实施施相当数量的工相当数量的工业对象都具有非周期性与象都具有非周期性与过阻尼的特性，阻尼的特性，经常可用一个一常可用一个一阶或二或二阶容量滞后，必要容量滞后，必要
9、时再串一个再串一个纯滞后滞后环节来近似。来近似。动态特性特性具有超前特性，适合具有超前特性，适合于控制通道滞后大于于控制通道滞后大于干扰通道滞后干扰通道滞后具有滞后特性，适合具有滞后特性，适合于控制通道滞后小于于控制通道滞后小于干扰通道滞后干扰通道滞后实现办法法大滞后大滞后补偿控制控制大滞后大滞后带来的影响来的影响大滞后大滞后过程的程的预估估补偿控制控制增益自适增益自适应的的预估估补偿控制控制大滞后大滞后带来的影响来的影响由于由于过程控制通道中程控制通道中纯滞后的存在，被控滞后的存在，被控量不能及量不能及时反映系反映系统承受的承受的扰动。扰动量量影响的反映要依靠被控参数的影响的反映要依靠被控参
10、数的检测，由于，由于滞后的存在，反映滞后的存在，反映时间滞后，因而开始滞后，因而开始调节的的时间也滞后也滞后调节不及不及时。过程会程会产生明生明显的超的超调量和量和较长的的调节时间。（原因是。（原因是调节不及不及时）大滞后的界定与控制方案大滞后的界定与控制方案大滞后大滞后过程的程的预估估补偿控控制制基本思想：按照基本思想：按照过程特性，程特性，预估出估出一种模型加入到反一种模型加入到反馈控制系控制系统中，中，以以补偿过程的程的动态特性。特性。Smith预估估补偿控制控制Smith预估估补偿控制系控制系统Smith预估估补偿控制等效控制等效框框图Smith补偿的的实现用近似数学模型模用近似数学模
11、型模拟纯滞后滞后环节帕德帕德一一阶和二和二阶近似式近似式帕德一帕德一阶近似式近似式帕德二帕德二阶近似式近似式帕德近似式的帕德近似式的实现Smith补偿控制系控制系统框框图Smith预估估补偿控制存在的控制存在的问题增益自适增益自适应预估估补偿控制控制A/B加加热炉温度炉温度预估估补偿控制控制轧钢车间加加热炉多点平均温度反炉多点平均温度反馈控制系控制系统 系系统主要配置：主要配置：六台六台设有断偶有断偶报警警装置的温度装置的温度变送器、三台高送器、三台高值选择器、一台加法器、一台器、一台加法器、一台PID调节器和器和一台一台电/气气转换器器加加热炉温度反炉温度反馈控制系控制系统流程流程图TT1TT2TT3TT4TT5TT系系统简介介Smith预估估补偿控制方案控制方案Smith预估补偿器预估补偿器Smith预估估补偿控制分析控制分析增益自适增益自适应补偿控制方案控制方案TT1TT2TT1TT2TT1TT等效框等效框图增益自适增益自适应PID控制的控制的实现调节器比例增益的自器比例增益的自动修修改改
