复合控制系统
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前馈控制器 Gff(s)
Q(s)
干扰通道 Gd(s) +
G
ff
G d (s) (s) = − G v ( s )G p ( s )
Gv(s) 调节阀
Gp(s) 热交换器
T(s)
+
——前馈控制器传递函数
前馈控制是针对系统的某种特定干扰而进行的补偿， 是在被控制量“变化前”提前进行的“超前补偿”。
前馈与反馈的比较
T ( s) = Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s) 1 + Gc ( s )Gv ( s )G p ( s ) ⋅ Q( s)
返回
复合控制系统
—前馈-反馈控制
热能工程学院 王桂荣
应用实例——热交换器的控制
被控量是热水出水温度， 控制量是蒸汽流量。 如果出水温度比期望的温 度值低，就要加大蒸汽流 量； 如果出水温度比期望的温 度值要高，就要减少蒸汽 流量。
进水 控制器
TE
蒸汽
出水
冷凝水 蒸汽-水型热交换器
反馈控制
干扰
tg
+
_
T (s) = Q( s )Gd ( s ) + Q( s )G ff ( s )Gv ( s )G p ( s ) − T ( s )Gc ( s )Gv ( s )G p ( s ) [1 + Gc ( s )Gv ( s )G p ( s )]T ( s ) = [Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s )]Q( s )
Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s) 1 + Gc ( s )Gv ( s )G p ( s )
⋅ Q( s)
控制目标： T ( s ) = 0
推导过程
前馈-反馈控制
T ( s) = Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s ) 1 + Gc ( s )Gv ( s )G p ( s ) ⋅ Q( s) = 0
Q(s) Q(s)
Gd(s)
干扰通道 干扰通道
Tg(s) -T(s)
+ _
+ + Gv(s) 调节阀 Gp(s) 热交换器 热交换器 +
Gc(s) Gc(s)
+ T(s)
T (s) = Q( s )Gd ( s ) + { Q( s )G ff ( s ) + [−T ( s )]Gc ( s)]}Gv ( s )G p ( s ) + )} {
前馈控制器 Gff(s)
Q(s)
干扰通道 Gd(s) +
Gv(s) 调节阀
Gp(s) 热交换器
T(s)
+
T (s ) = Q(s) ⋅ Gff (s)Gv (s)Gp (s) + Q(s) ⋅ Gd (s)
控制目标： T ( s ) = 0
前馈控制
干扰信号Q(s)不为零时：
G ff ( s )Gv ( s )G p ( s ) + Gd ( s ) = 0
说明为什么引入蒸 汽流量前馈信号。 画出锅炉汽包水位 控制的结构图，并说明 其控制原理。
LT
省煤器 给水
内容小结
热交换器的出水温度控制： 负反馈控制、前馈控制、前馈—反馈控制 重点： 前馈控制的原理及特点 前馈-反馈控制的原理及特点 难点： 前馈控制的原理及数学模型
前馈控制器 Gff(s) 反馈控制器
温度控制器
பைடு நூலகம்
蒸汽流量调节阀
热交换器
t
t
温度变送器
问题：
能否在干扰作用发生后， 在未影响被控变量时， 反馈控制是基于被控量的偏差进行的，没有偏差 就开始调节 ？ 也就不存在反馈控制。
反馈控制是针对系统全部干扰进行补偿，是在被 控制量“变化了”的基础上的“滞后补偿”。
前馈控制
原理：
给系统附加一个前馈通道， 利用前馈控制器所附加的控制量 对被控量的补偿与干扰对被控量 的影响的叠加来消除或减小干扰 的影响。 干扰作用下的输出：
前馈是“开环”，反馈是“闭环” ； 前馈系统中测量干扰量，反馈系统中测量被控变量； 前馈只能克服所测量的干扰，反馈则可克服所有干扰； 前馈理论上可控制到无差，反馈必因有差而控制； 在工程中往往将前馈与 反馈结合起来应用，构 成前馈—反馈控制系统。
前馈-反馈控制
FC
+ + 蒸 汽 TC
对出水温度的变化 进行反馈控制； 对冷水流量的变化 进行前馈补偿。
进水
出水
前馈控制器
流量变送器 干扰
tg
+
_
+
反馈控制器
+
蒸汽流量调节阀 温度变送器
热交换器
t
t
前馈-反馈控制
结构图：
反馈控制器 前馈控制器 Gff(s)
Q(s)
Gd(s)
干扰通道
Tg(s)
+ _
+ + Gv(s) 调节阀 Gp(s) 热交换器 +
Gc(s)
+ T(s)
干扰作用下的输出： T ( s ) =
Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s ) = 0
Gd ( s ) G ff ( s ) = − Gv ( s )G p ( s )
前馈—反馈控制与纯前馈控制实现“全补偿”的算式相同。
前馈—反馈控制系统具有下列优点
从前馈控制角度，由于增添了反馈控制，降 低了对前馈控制模型的精度要求，并能对未 选作前馈信号的干扰加以克服。 从反馈控制角度，由于前馈控制的存在，对 干扰作了及时的粗调作用，大大减小了控制 的负担。
选用前馈－反馈控制的原则
如果系统中控制通道的惯性和迟延较大，反 馈控制达不到良好的控制效果，这时可引入 前馈控制。 如果系统中存在着经常变动、可测而不可控 的扰动，反馈控制难以克服扰动对被调量的 影响，这时可引入前馈控制以改善控制品质。
前馈－反馈控制的其它应用
锅炉汽包水位控制
FT
蒸汽 汽 包
课后作业
Q(s)
干扰通道 Gd(s) +
G
ff
G d (s) (s) = − G v ( s )G p ( s )
Gv(s) 调节阀
Gp(s) 热交换器
T(s)
+
——前馈控制器传递函数
前馈控制是针对系统的某种特定干扰而进行的补偿， 是在被控制量“变化前”提前进行的“超前补偿”。
前馈与反馈的比较
T ( s) = Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s) 1 + Gc ( s )Gv ( s )G p ( s ) ⋅ Q( s)
返回
复合控制系统
—前馈-反馈控制
热能工程学院 王桂荣
应用实例——热交换器的控制
被控量是热水出水温度， 控制量是蒸汽流量。 如果出水温度比期望的温 度值低，就要加大蒸汽流 量； 如果出水温度比期望的温 度值要高，就要减少蒸汽 流量。
进水 控制器
TE
蒸汽
出水
冷凝水 蒸汽-水型热交换器
反馈控制
干扰
tg
+
_
T (s) = Q( s )Gd ( s ) + Q( s )G ff ( s )Gv ( s )G p ( s ) − T ( s )Gc ( s )Gv ( s )G p ( s ) [1 + Gc ( s )Gv ( s )G p ( s )]T ( s ) = [Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s )]Q( s )
Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s) 1 + Gc ( s )Gv ( s )G p ( s )
⋅ Q( s)
控制目标： T ( s ) = 0
推导过程
前馈-反馈控制
T ( s) = Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s ) 1 + Gc ( s )Gv ( s )G p ( s ) ⋅ Q( s) = 0
Q(s) Q(s)
Gd(s)
干扰通道 干扰通道
Tg(s) -T(s)
+ _
+ + Gv(s) 调节阀 Gp(s) 热交换器 热交换器 +
Gc(s) Gc(s)
+ T(s)
T (s) = Q( s )Gd ( s ) + { Q( s )G ff ( s ) + [−T ( s )]Gc ( s)]}Gv ( s )G p ( s ) + )} {
前馈控制器 Gff(s)
Q(s)
干扰通道 Gd(s) +
Gv(s) 调节阀
Gp(s) 热交换器
T(s)
+
T (s ) = Q(s) ⋅ Gff (s)Gv (s)Gp (s) + Q(s) ⋅ Gd (s)
控制目标： T ( s ) = 0
前馈控制
干扰信号Q(s)不为零时：
G ff ( s )Gv ( s )G p ( s ) + Gd ( s ) = 0
说明为什么引入蒸 汽流量前馈信号。 画出锅炉汽包水位 控制的结构图，并说明 其控制原理。
LT
省煤器 给水
内容小结
热交换器的出水温度控制： 负反馈控制、前馈控制、前馈—反馈控制 重点： 前馈控制的原理及特点 前馈-反馈控制的原理及特点 难点： 前馈控制的原理及数学模型
前馈控制器 Gff(s) 反馈控制器
温度控制器
பைடு நூலகம்
蒸汽流量调节阀
热交换器
t
t
温度变送器
问题：
能否在干扰作用发生后， 在未影响被控变量时， 反馈控制是基于被控量的偏差进行的，没有偏差 就开始调节 ？ 也就不存在反馈控制。
反馈控制是针对系统全部干扰进行补偿，是在被 控制量“变化了”的基础上的“滞后补偿”。
前馈控制
原理：
给系统附加一个前馈通道， 利用前馈控制器所附加的控制量 对被控量的补偿与干扰对被控量 的影响的叠加来消除或减小干扰 的影响。 干扰作用下的输出：
前馈是“开环”，反馈是“闭环” ； 前馈系统中测量干扰量，反馈系统中测量被控变量； 前馈只能克服所测量的干扰，反馈则可克服所有干扰； 前馈理论上可控制到无差，反馈必因有差而控制； 在工程中往往将前馈与 反馈结合起来应用，构 成前馈—反馈控制系统。
前馈-反馈控制
FC
+ + 蒸 汽 TC
对出水温度的变化 进行反馈控制； 对冷水流量的变化 进行前馈补偿。
进水
出水
前馈控制器
流量变送器 干扰
tg
+
_
+
反馈控制器
+
蒸汽流量调节阀 温度变送器
热交换器
t
t
前馈-反馈控制
结构图：
反馈控制器 前馈控制器 Gff(s)
Q(s)
Gd(s)
干扰通道
Tg(s)
+ _
+ + Gv(s) 调节阀 Gp(s) 热交换器 +
Gc(s)
+ T(s)
干扰作用下的输出： T ( s ) =
Gd ( s ) + G ff ( s )Gv ( s )G p ( s ) = 0
Gd ( s ) G ff ( s ) = − Gv ( s )G p ( s )
前馈—反馈控制与纯前馈控制实现“全补偿”的算式相同。
前馈—反馈控制系统具有下列优点
从前馈控制角度，由于增添了反馈控制，降 低了对前馈控制模型的精度要求，并能对未 选作前馈信号的干扰加以克服。 从反馈控制角度，由于前馈控制的存在，对 干扰作了及时的粗调作用，大大减小了控制 的负担。
选用前馈－反馈控制的原则
如果系统中控制通道的惯性和迟延较大，反 馈控制达不到良好的控制效果，这时可引入 前馈控制。 如果系统中存在着经常变动、可测而不可控 的扰动，反馈控制难以克服扰动对被调量的 影响，这时可引入前馈控制以改善控制品质。
前馈－反馈控制的其它应用
锅炉汽包水位控制
FT
蒸汽 汽 包
课后作业