补偿控制系统的设计 共25页PPT资料

1 W c ( S ) W 0 ( S )
1 W c ( S ) W 0 ( S )
要实现对扰F动 (S)的完全补偿，则必： 须有
W f(S) W F(F S)W 0 (S)0
即： WFF(S)W Wf0((SS))
完全补偿条件与前 馈控制系统相同
前馈-反馈控制系统的优点：
• 由于增加了反馈控制回路，降低了前馈控制器的精度要求。 • 利用前馈控制对系统中的主要扰动进行补偿；利用反馈控制 克服其余次要的扰动，保证被控量的稳态精度。 • 既可实现高精度控制（反馈），又能保证系统稳定运行（前 馈）。
F ( S ) 1 W C 2 ( S ) W 0 ( S 2 ) W C 1 ( S ) W C 2 ( S ) W 0 ( S 2 ) W 0 ( S ) 1
要实现对扰F动 (S)的完全补偿，则必： 须有
W f ( S ) 1 W C 2 ( S ) W 0 ( S ) 2 W F ( S ) W F C 2 ( S ) W 0 ( S ) W 2 0 ( S ) 1 0
4、前馈-串级控制系统 前馈-串级控制系统的结构图如下：
X (S)
+-
-
+
WC1(S) + -
WC 2 (S )
WFF (S )
F(S)
W02(S)
Wf (S) W01(S) + +
Y(S)
Y ( S ) W f( S ) 1 W C 2 ( S ) W 0 ( S 2 ) W F ( S F ) W C 2 ( S ) W 0 ( S 2 ) W 0 ( S ) 1
第七章 补偿控制系统的设计
§7.1 补偿控制的基本思想与结构 §7.2 前馈控制系统 §7.3 大时延控制系统
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主要介绍：补偿控制的基本概念和常用的补偿控制方法。
§7.1 补偿控制的基本原理与结构
补偿控制系统按结构的不同可分为四种
1、输入量补偿：将输入量经过处理后，直接向前传递，并与 主控制器的输出进行叠加。
制性能。如果扰动是可测量的，且扰动通道的模型可以获得， 那么，可以设计一个补偿器，使得补偿环节对系统的作用与 扰动对系统的影响相互抵消，从而消除扰动对系统的影响。
一、前馈控制
例：换热器前馈-反馈控制系统
前馈作用
工作过程：如果影响被控量的主要扰 动为进料量的流量……
扰动作用
前馈控制（描述）：在被控量还未受到影响之前，控制器就 产生了控制作用，在理论上可以彻底消 除误差，实现对扰动的完全补偿。
即W ： FF (S)1W W C2C (2S(S )W W )W f0(0 (2SS(2)S ))W0(1S)
在串级控制系统中，当副回路的工作频率远远大于主回路 的工作频率，则副回路的传递函数可近似表示为：
WC2(S)W02(S) 1 1WC2(S)W02(S) 则： WFF(S)W Wf0((1SS))
前馈控制系统的方框图：
扰动
F(S)
扰动通道
WFF (S)
W0 (S)
Wf (S) ++
Y(S)
被控量
前馈控制器 被控量对于扰动的输出：
对象
Y F((S S))W f(S)W FF (S)W0(S)
Y F((S S))W f(S)W FF (S)W0(S)
当F(S)0时，要实现完全必 补须 偿有 ，：
控制通道的特性为：
W0(S)
K1 e1S T1S1
扰动通道的特性为：Wf (S)T2K S21e2S K 2 K1
则前馈调节器模型为： WFF(S)Kf T T1 2SS 11eS
2 1
目前常用的前馈控制器模型有： “ K f”K 、 f T T 1 2 S S “ 1 1 ”K 、 f T T 1 2 S S “ 1 1e S”
其结构图如下：
串联补偿器
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§7.2 前馈控制系统
反馈控制系统： 按偏差进行控制
即：干扰作用 被控量偏差 控制器补偿
反馈控制方案本身决定了它无法将干扰克服在被控量偏 离设定值之前，因而限制了控制质量的进一步提高。
既然偏差产生的直接原因是干扰，能否直接按扰动进 行控制？
基本思想：扰动通过扰动通道作用于系统、影响系统的控
四、前馈控制作用的实施
前馈控制器的特性是由对象干扰通道和控制通道的特性 确定的，要想获得完全补偿，就必须精确知道上述两通道的 特性。由于工业对象的特性极为复杂，导致了前馈控制作用 形式颇多。但从工业应用的角度看，总是力求控制仪表具有 一定的通用性，以利于设计、运行和维护。
许多工业对象都具有非周期与过阻尼的特性，因此可以 用一阶或二阶，必要时串联一个纯滞后环节来近似。假如：
能够保证控制过程的静态、动态偏差接近或等于零。
3、前馈-反馈控制系统 前馈-反馈控制系统的结构图如下：
WFF (S )
F(S)
-
X (S)
+-
+ WC (S) +
W0 (S )
Wf (S) ++
Y(S)
Y ( S )W c ( S ) W 0 ( S )X ( S ) W f( S ) W F ( S F ) W 0 ( S )F ( S )
W f(S) W F(F S)W 0 (S)0 即： WFF(S)W Wf0((SS)) “-”表示前馈控制作用的方向与干扰作用的方向相反。
二、前馈控制的特点（与反馈控制系统相比）P218
1、是一种开环控制； 2、控制的根据是扰动； 3、前馈调节器的控制律由过程特性决定； 4、多用来抑制可测而不可控的扰动对被控参数的影响； 5、控制及时，理论上可实现对干扰的完全控制； 6、实现的经济性差。一个前馈调节器只能对一个扰动进行补偿。
三、前馈控制系统的结构形式
1、静态前馈控制系统 扰动通道的静态放大系数
WFF(S)W Wf0((00))KF 控制通道的静态放大系数
只考虑稳态时的校正，即只能保证被控量的静态偏差接 近或等于零。
适用于 Wf (S)与W0(S)滞后相差不大的情形。
2、动态前馈控制系统
WFF(S)
Wf (S) W0(S)
其结构图如下：
输入量补偿器
2、扰动量补偿：将系统的扰动输入量经过处理后，直接向前 传递，并与主控制器的输出进行叠加。
其结构图如下： 扰动量补偿器
上述两种补偿控制的方法又称为前馈补偿
3、反馈补偿：在主控制器反馈回路中增加一个控制器。 其结构图如下：
反馈补偿器
4、串联补偿：将补偿器与主控制器串联连接。