《前馈反馈控制技术》PPT课件
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
?前馈反响控制技术?PPT 课件
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
前面各局部讨论的控制系统，都是带有反响的闭环系 统。当被控系统受到扰动后，必须等到被控参数出现偏差， 控制器才有动作，以补偿扰动对控制参数的影响。
动态前馈控制系统 根据绝对不变性原理设计动态前馈控制器。 Dn(s)G Gn((ss))
前馈－反响控制系统 〔一〕 前馈控制的局限性
前馈控制属于开环控制。故一般不单独使用前馈控制；
完全补偿难以实现。〔1〕难以准确地掌握过程扰动通道 和控制通道Gn(s) 和G(s)的特性。有些过程对象常含有非 线性特性，在不同的工况下，动态性能参数将变化，单一 的前馈模型难以适应。〔2〕有些前馈模型Dn(s)难以实现， 只能用计算机完成。〔3〕一个扰动需要一个测量变送装 置，干扰多时，造成控制系统庞大。
根据绝对不变性原理：
Y N ((s s))D n(s)G (s)G n(s)0
由此得到前馈控制器传递函数为：
Dn(s)G Gn((ss))
也可由e不变性或稳态不变性原理来设计前馈控制器。〔略〕
静态前馈控制系统 根据稳态不变性原理设计静态前馈控制器。这种补偿 只能在稳态时实现对扰动的补偿。
D n(s)G G n((ss))Km
〔二〕 前馈－反响控制系统 流量前馈控制器
扰动的为补了偿解作决用上和述反加前热响炉馈控控制制对的偏局差限的性控，制吸作收用前u的ff馈c 优控点i 制，对可
组成前流馈量－传感反器响控制系统。温度传感器
+
qF
物料
温度控制器
qB
燃料
[例]炼油装置加热炉的前馈－反响控制系统。图中，q为 被控量，物料流量qF经常发生变化。因而对此干扰实行前 馈控制。当qF变化时，通过FT，FFC的信号变化，从而调 节阀门的开度，改变q。
• 前馈控制的特点
[例]换热器前馈控制。如果该系统中物料流量q是被控量q2 的主要扰动。如果q变化频繁且幅值大，对出口温度q2的影 响最大。这时可考虑采用前馈控制。
前馈控制器
蒸汽 qD kv
流量传感器
u ft 前馈控制器
q
qD
2
广义被控对象
q
q
热交换器
q uft kv 2
2
冷凝液
前馈控制器“基于扰动来消除扰动对被控量的影响 〞，又称前馈控制为“扰动补偿〞。
扰动发生后，前馈控制器“及时〞动作，对抑制被 控量由于扰动引起的动、静态偏差比较有效。
前馈控制属于开环控制。因此只要系统中各环节是 稳定的，那么控制系统必然稳定。
一条前馈只对被前馈的可测而不可控的扰动有校正 作用，而对系统中的其它扰动无校正作用。
前馈控制器的控制律有时较复杂。
1、不变性原理：控制系统的被控量与扰动量完全无关， 或在一定的准确度下无关。
蒸汽 kv
TC
温度调节器
20
pD qD
温度传感器 TT
q
q
热交换器
1
2
冷凝液
20
TC
kv
-
pD q
1
2
广义被控对象
TT
上图中，当扰动（物料流量q，入口温度1，蒸汽压力pD）
发生后，引起：
2 e 2 0 2 k v q D 2
反响控制的特点为：
反响控制的本质是“基于偏差来消除偏差〞。如果没有 偏差出现，也就没有控制作用。 无论扰动发生在那里，总要等到引起被控量发生偏差后， 调节器才动作。故调节器的动作总是落后于扰动作用的发 生，是一种相对“不及时〞的控制。
✓ 稳态不变性：指系统在扰动f(t)的作用下，虽然被控参数 y(t)的动态偏差不为零，但其静态偏差恒为零，即：
liy m (t) 0 ,[f(t) 0 ]
t
2、前馈控制器：
前馈控制器的设计依据是不变性原理。前馈控制系统由 两部分组成。当扰动发生后，通过扰动通道引起被控量的 变化。同时，前馈控制器根据扰动的性质及大小对过程的 控制通道施加控制，使被控量发生与前者相反的变化，以 抵消扰动对被控对象的影响。
任何一个系统，总是希望被控量受扰动的影响越小
越好。如图： f(t)
扰动
被控对象
y(t) 被控量
当f(t)不为零时，该系统的不变性定义为：y(t)0
按照控制系统输出参数与输入参数的不变性程度， 有绝对不变性、e不变性和稳态不变性等几种不变性类 型。
✓ 绝对不变性：指系统在扰动f(t)的作用下，被控参数y(t) 在整个过程中始终保持不变。即e动＝e静＝0。如以以下图 所f示(t) 。
〔三〕 典型前馈－反响控制系统构造图
N(s) Dn(s)
Un(s)
Gn(s)
R(s) E(s)
U1(s) U(s)
Y1(s) + + Y2(s)
D(s)
G(s)
-
Y(s)
(a) N(s)
Dn(s)
Un(s)
Gn(s)
R(s) E(s)
U(s)
Y1(s) + + Y2(s)
假设能在扰动出现时就进展控制，而不是等到偏差发 生后再进展控制，这样就能更有效地消除扰动对被控参数 的影响。前馈控制就是依据这个思路提出来的。
• 反响控制的特点
[例]如以下图为换热器温度控制系统原理框图。图中：Q2 为热流体温度；Q1为冷流体温度，q为流体的流量，qD为 蒸汽的流量，pD为蒸汽的压力，kv为调节阀开度。ty(t) y1 (t)
t y(t) y1(t) y2 (t)
y2 (t)
图中；f(t)为扰动，y1(t)为由扰 动引起的被控参数的变化。y2(t) 为前馈控制器对被控参数的影响。 y(t)为被控参数的实际变化量。 y(t)=y1(t)+y2(t)=0
✓ e不变性：指系统在扰动f(t)的作用下，被控参数y(t)的偏 差小于一个很小的e值。即|y(t)|<e，[当f(t)不为零时]。
前馈控制器的典型构造
图中，Gn(s)是被控对象扰动通道的传递函数；Dn(s)是前馈 控制器的传递函数；G(s)被控对象的传递函数。n为可测不 可控的干扰；y为被控参数；假定u1＝0，有：
Y ( s ) Y 1 ( s ) Y 2 ( s ) [ D n ( s ) G ( s ) G n ( s ) N ( s ) ] 整理得：Y N ((ss))D n(s)G (s)G n(s)
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
前面各局部讨论的控制系统，都是带有反响的闭环系 统。当被控系统受到扰动后，必须等到被控参数出现偏差， 控制器才有动作，以补偿扰动对控制参数的影响。
动态前馈控制系统 根据绝对不变性原理设计动态前馈控制器。 Dn(s)G Gn((ss))
前馈－反响控制系统 〔一〕 前馈控制的局限性
前馈控制属于开环控制。故一般不单独使用前馈控制；
完全补偿难以实现。〔1〕难以准确地掌握过程扰动通道 和控制通道Gn(s) 和G(s)的特性。有些过程对象常含有非 线性特性，在不同的工况下，动态性能参数将变化，单一 的前馈模型难以适应。〔2〕有些前馈模型Dn(s)难以实现， 只能用计算机完成。〔3〕一个扰动需要一个测量变送装 置，干扰多时，造成控制系统庞大。
根据绝对不变性原理：
Y N ((s s))D n(s)G (s)G n(s)0
由此得到前馈控制器传递函数为：
Dn(s)G Gn((ss))
也可由e不变性或稳态不变性原理来设计前馈控制器。〔略〕
静态前馈控制系统 根据稳态不变性原理设计静态前馈控制器。这种补偿 只能在稳态时实现对扰动的补偿。
D n(s)G G n((ss))Km
〔二〕 前馈－反响控制系统 流量前馈控制器
扰动的为补了偿解作决用上和述反加前热响炉馈控控制制对的偏局差限的性控，制吸作收用前u的ff馈c 优控点i 制，对可
组成前流馈量－传感反器响控制系统。温度传感器
+
qF
物料
温度控制器
qB
燃料
[例]炼油装置加热炉的前馈－反响控制系统。图中，q为 被控量，物料流量qF经常发生变化。因而对此干扰实行前 馈控制。当qF变化时，通过FT，FFC的信号变化，从而调 节阀门的开度，改变q。
• 前馈控制的特点
[例]换热器前馈控制。如果该系统中物料流量q是被控量q2 的主要扰动。如果q变化频繁且幅值大，对出口温度q2的影 响最大。这时可考虑采用前馈控制。
前馈控制器
蒸汽 qD kv
流量传感器
u ft 前馈控制器
q
qD
2
广义被控对象
q
q
热交换器
q uft kv 2
2
冷凝液
前馈控制器“基于扰动来消除扰动对被控量的影响 〞，又称前馈控制为“扰动补偿〞。
扰动发生后，前馈控制器“及时〞动作，对抑制被 控量由于扰动引起的动、静态偏差比较有效。
前馈控制属于开环控制。因此只要系统中各环节是 稳定的，那么控制系统必然稳定。
一条前馈只对被前馈的可测而不可控的扰动有校正 作用，而对系统中的其它扰动无校正作用。
前馈控制器的控制律有时较复杂。
1、不变性原理：控制系统的被控量与扰动量完全无关， 或在一定的准确度下无关。
蒸汽 kv
TC
温度调节器
20
pD qD
温度传感器 TT
q
q
热交换器
1
2
冷凝液
20
TC
kv
-
pD q
1
2
广义被控对象
TT
上图中，当扰动（物料流量q，入口温度1，蒸汽压力pD）
发生后，引起：
2 e 2 0 2 k v q D 2
反响控制的特点为：
反响控制的本质是“基于偏差来消除偏差〞。如果没有 偏差出现，也就没有控制作用。 无论扰动发生在那里，总要等到引起被控量发生偏差后， 调节器才动作。故调节器的动作总是落后于扰动作用的发 生，是一种相对“不及时〞的控制。
✓ 稳态不变性：指系统在扰动f(t)的作用下，虽然被控参数 y(t)的动态偏差不为零，但其静态偏差恒为零，即：
liy m (t) 0 ,[f(t) 0 ]
t
2、前馈控制器：
前馈控制器的设计依据是不变性原理。前馈控制系统由 两部分组成。当扰动发生后，通过扰动通道引起被控量的 变化。同时，前馈控制器根据扰动的性质及大小对过程的 控制通道施加控制，使被控量发生与前者相反的变化，以 抵消扰动对被控对象的影响。
任何一个系统，总是希望被控量受扰动的影响越小
越好。如图： f(t)
扰动
被控对象
y(t) 被控量
当f(t)不为零时，该系统的不变性定义为：y(t)0
按照控制系统输出参数与输入参数的不变性程度， 有绝对不变性、e不变性和稳态不变性等几种不变性类 型。
✓ 绝对不变性：指系统在扰动f(t)的作用下，被控参数y(t) 在整个过程中始终保持不变。即e动＝e静＝0。如以以下图 所f示(t) 。
〔三〕 典型前馈－反响控制系统构造图
N(s) Dn(s)
Un(s)
Gn(s)
R(s) E(s)
U1(s) U(s)
Y1(s) + + Y2(s)
D(s)
G(s)
-
Y(s)
(a) N(s)
Dn(s)
Un(s)
Gn(s)
R(s) E(s)
U(s)
Y1(s) + + Y2(s)
假设能在扰动出现时就进展控制，而不是等到偏差发 生后再进展控制，这样就能更有效地消除扰动对被控参数 的影响。前馈控制就是依据这个思路提出来的。
• 反响控制的特点
[例]如以下图为换热器温度控制系统原理框图。图中：Q2 为热流体温度；Q1为冷流体温度，q为流体的流量，qD为 蒸汽的流量，pD为蒸汽的压力，kv为调节阀开度。ty(t) y1 (t)
t y(t) y1(t) y2 (t)
y2 (t)
图中；f(t)为扰动，y1(t)为由扰 动引起的被控参数的变化。y2(t) 为前馈控制器对被控参数的影响。 y(t)为被控参数的实际变化量。 y(t)=y1(t)+y2(t)=0
✓ e不变性：指系统在扰动f(t)的作用下，被控参数y(t)的偏 差小于一个很小的e值。即|y(t)|<e，[当f(t)不为零时]。
前馈控制器的典型构造
图中，Gn(s)是被控对象扰动通道的传递函数；Dn(s)是前馈 控制器的传递函数；G(s)被控对象的传递函数。n为可测不 可控的干扰；y为被控参数；假定u1＝0，有：
Y ( s ) Y 1 ( s ) Y 2 ( s ) [ D n ( s ) G ( s ) G n ( s ) N ( s ) ] 整理得：Y N ((ss))D n(s)G (s)G n(s)