过程控制第5章前馈控制系统xuPPT

Wf(S)
Y1(s)
+ Y(s)
Wff(S)
Wo(S)
+
Y2(s)
前馈控制方框图
N ΔN
y
t
y1(t)
t
y2(t)
y1(t)+ y2(t)=0
前馈控制系统补偿过程
即 :当 N (t)0 时Y(， t)0
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2．稳态不变性
被控量Y(t)在扰动量N(t)作用下，系统在稳态偏差 与扰动无关。即静态偏差为0，动态不为0。
1、反馈控制： Feedback control 简称FBC
反馈控制在被控参数偏离给定值后，依据偏差，控 制器发出控制指令，补偿扰动对被控参数的影响
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——基于偏差的控制
偏差 反馈控制器
设定
干扰
执行器
对象
测量变送
被控变量
反馈控制特点：
当干扰已经发生，但是被控参数尚未变化， 偏差 =0，则控制器不产生调节作用。 例如： 闭环中的干扰：冷流体流量波动
动态偏差 不为0
y1(t)
静态偏差 为0
系统输出y(t) y2(t)
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3．ε不变性
被控量Y(t)在扰动量N(t)作用下，系统偏差小于一
个小量，用ε表示。
y1(t)
ε
系统输出y(t) y2(t)
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二、前馈控制器的设计
1）输出Y(s)与扰动N(s)之间关系：
Wf (S)：扰动通道传函 Wff (S)：前馈控制器传含 函测 （量 包环节） Wo(S)：控制通道(包 传含 函执行) 器
F
Wff
V(S)
N(s)
Wf(S)
Y1(s)
+ Y(s)
Wff(S)
Wo(S)
+
Y2(s)
N
Y2(s) Y(s)
对象
Y1(s)
V(S) Wo(S)
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根据框图，有：
N(s)
Wf(S)
Y1(s)
+ Y(s)
Wff(S)
Wo(S)
+
Y2(s)
Y(S)Wf (S)N(S)Wff(S)Wo(S)N(S) Y(S) N(S)Wf (S)Wff(S)Wo(S)
制系统 前馈控制使用的是与实施对象特性而定的专用控
制器，反馈控制采用通用PID控制器 一种前馈控制只能克服一种干扰，反馈控制只用
一个控制器就可克服多个干扰
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前馈控制的应用场合
系统中存在着可测但不可控的变化幅度大，且频繁的 干扰，这些干扰对被控参数影响显著，单用反馈控制 达不到质量要求时。
当控制系统的控制通道滞后时间较长，由于反馈控制 不及时影响控制质量时，可采用前馈或前馈－反馈控 制系统 。
第五章 前馈控制系统设计
第三章 单回路控制系统设计
第四章 串级控制系统设计
都是负反馈，当扰动发生,通过检测扰动引起的 输出偏差进行调节。所以负反馈进行扰动调节时， 输出必然有波动。
有没有这样一种控制，当干扰一出现，在其影响 输出之前，就进行抑制，从而对输出没有影响？
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此控制具有以下特征： 在扰动影响输出前进行调节。 直接测量扰动大小，通过调节，实现对扰动的完
前馈调节器 执行器
Y1 -Y1 被控变量
对象
通过设计前馈调节器，使得调节器改变的量刚好 补偿干扰对对象的影响。
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前馈控制 特点：
①前馈控制器是“测量扰动，消除扰动对被控量的影响”。前 馈调节器又称为“扰动补偿器”。
②扰动发生，前馈控制器动作及时，对抑制由于扰动引起的动、 静态偏差比较快速有效。
③前馈控制属开环控制，只要系统中各环节稳定，控制系统必 定稳定。
例如： 闭环中的干扰：冷流体流量波动—突然增加
这种直接根据造成偏差 原因--扰动进行的控制 称为前馈控制
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前馈控制：
当冷流体流量增加 N 时，其对
输出温度影响假如为Y1，当 其一产生，即改变蒸汽流量 Fs ，
使得蒸汽 Fs 对输出温度影响为 -Y1，那么输出温度就不会变化。
测量变送器
干扰
干扰通道
测量变送器
干扰
干扰通道
前馈控制器 执行器
Y1 -Y1 被控变量
对象
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④只对被测量的可测而不可控的扰动有校正作用， 而对系统中的其他扰动无校正作用。
即前馈控制具有指定性补偿的局限性。
⑤前馈控制器的控制规律，取决于被控对象的特性， 因此，有时控制规律比较复杂。
测量变送器 前馈控制器 执行器
干扰
干扰通道
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反馈控制总要滞后扰动，是一种不及时的控制。
反馈控制是闭环控制，存在稳定性问题。
对闭环回路中扰动都有调节作用。
调节器一般采用P、I、D控制规律，具有通用性。
偏差 反馈控制器
设定
干扰
执行器 对象
测量变送
被控变量
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2、前馈控制
Feedforward control 简称FFC
当扰动一旦出现，调节器就根据扰动的大小和性质进 行控制，补偿扰动对系统的影响，使被控参数不变。
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1．绝对不变性
被控量Y(t)在扰动量N(t)作用下，过渡过程中始终不 变。即静态和动态偏差都为0。
F
Wff
N Y1(s)
Y2(s)
N(s)
Y(s)
Wff(S)
Wf(S)
Y1(s)
+ Y(s)
Wo(S)
+
Y2(s)
前馈控制
前馈控制方框图
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F Wff
Y2(s)
N Y1(s)
Y(s)
前馈控制
N(s)
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2 前馈控制器的设计
不变性原理是前馈控制的理论基础。
一、不变性原理
不变性原理指控制系统的被控量与扰动量完全无 关，或在一定准确度下无关。
即 :当 N (t)0 时Y(， t)0
N(t)
被控过程 Y(t)
及仪表
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按照控制系统输出参数与输入参数的不变性程度， 分为几种不变性类型： 1．绝对不变性 2．稳态不变性 3．ε不变性
则根据绝对不变性原理：
N(S)0,Y(S)0 即:Wf (S)Wff(S)Wo(S)0
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满足输出绝对不变性前馈控制器：
W ff(S) W f(S)/W o(S)
Wff (S)：前馈控制器传 (包函含测量环节） Wf (S)：扰动通道传函 Wo(S)：控制通道传(包函含执行)器
全补偿，从而实现消除扰动对输出的影响。 前馈控制就是测量扰动，补偿扰动的控制
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Baidu Nhomakorabea
本章内容
1 前馈控制的基本概念 2 前馈控制器的设计 3 前馈-反馈，前馈-串级复合控制系统 4 前馈控制系统的应用原则 5 前馈控制系统的参数整定 6 前馈控制系统典型应用
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1 前馈控制的基本概念
前馈控制是相对于反馈控制而言的。
Y1 -Y1 被控变量 对象
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前馈控制与反馈控制比较
偏差
设定
反馈控制器
干扰
执行器 对象
测量变送
被控变量
测量变送器 前馈控制器 执行器
干扰
干扰通道 Y1 -Y1 被控变量
对象
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特点比较：
前馈基于干扰控制，反馈基于偏差控制 抑制干扰，前馈控制比反馈控制及时有效 前馈控制属于开环控制系统，反馈控制是闭环控