反馈控制系统实例
第五章2 前馈-反馈控制系统PPT课件
1.静态前馈控制
所谓静态前馈控制，是指前馈调节器的输出量仅仅是其输入量的函数．与时间因 子无关。前馈调节器的控制规律具有比例特性，
其大小可根据过程扰动通道的静态放大系数和过程控制通道的静态放大系数来决定。 静态前馈控制只考虑最终稳态时的校正，所以只能使被控参数最终的静态偏差接
Kf
T1s 1 es 的微分表示形式为：
T2s 1
T2
du f (t) dt
uf
(t)
K
f
[T1
dF (t dt
)
F (t
)]
用差分方程来代替微分方程时：
Ts：采用周期。
du f (t) dt
|t kTs
u
f
(k)
dF (t dt
f
)
|t kTs
F (k
1
df ) Ts
F (k
则有：
Wf (s) K f
KdT1s T1s 1
1
T2s 1 KdT2s
1
K
f
T1s 1 T2s 1
在DDZ-Ⅲ型仪表和组装仪表中，上述前馈模型都有相应的硬件模块。为前馈-反 馈控制的广泛应用提供了方便。
Kf
T1s 1 e s 型前馈控制器 T2s 1
采用该种前馈模型的较少。
东北大学
3.数字仪表实施
/ T2 )
1
(
1 a
1)et
aT1
，这里
a
T1
T2
东北大学
当a>1，T1>T2, 前馈补偿器具有滞后性，适用于控制通道滞后小于干扰通道的场合； 当a<1，T1<T2, 前馈补偿器具有超前性，适用于控制通道滞后大于干扰通道的场合。
控制理论：系统反馈与调节
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控制理论：系统反馈与调节
控01制理论的基本概念与应
用领域
控制理论的起源与发展历程
• 起源：控制理论起源于20世纪初，最早的控制理论研究集中在机械领域，如蒸汽机、电话交换机等 • 19世纪末至20世纪初，控制系统的研究主要集中在传递函数法 • 20世纪30年代，诺伯特·维纳提出了控制论的概念，奠定了控制理论的基础
02
系统分析与建模
系统分析与建模的基本概念
系统建模：系统建模是根据系统的实际情况，建立系统的数学模型
• 线性系统建模：如传递函数法、状态空间法 • 非线性系统建模：如模糊逻辑法、神经网络法
系统分析：系统分析是对系统进行定性和定量分析的过程
• 定性分析：分析系统的结构、功能、性能等 • 定量分析：建立系统的数学模型，分析系统的动态性能、稳定性等
• 电力系统的稳定性判断：通过判断电力系统的特征方程是否有实根，或者系统矩阵是否满足某 些条件，来判断电力系统是否稳定 • 电力系统的稳定性应用：如电力系统稳定性的在线监测、控制器参数调整等
数06字控制系统与自适应控
制
数字控制系统的原理与特点
• 数字控制系统：通过数字信号处理器（DSP）实现对系统的控制 • 数字控制系统的原理：将连续的输入信号转换为数字信号，通 过数字信号处理器（DSP）进行处理，然后将数字信号转换为 连续的输出信号，实现对系统的控制 • 数字控制系统的特点：具有高精度、高速度、易于实现复杂控 制算法等优点
控制理论的基本概念与术语
系统：控制系统是一个由输入、输出 和传递函数组成的系统
控制：控制是通过调整 系统的输入或输出，实
现对系统状态的控制
反馈信号的原理和应用实例
反馈信号的原理和应用实例概述反馈信号是指从输出中采样得到的信号再馈入系统输入端的一种信号。
反馈信号的应用广泛，不仅可以在电子电路中起到稳定系统的作用，还可以在控制系统、通信系统等领域发挥重要作用。
原理反馈信号的原理可以概括为以下几点：1.正反馈和负反馈：根据反馈信号对系统的作用方式不同，可以分为正反馈和负反馈两种。
正反馈是指反馈信号与输入信号具有同样的极性，会放大或增强输入信号，从而引起系统不稳定。
而负反馈是指反馈信号与输入信号极性相反，能够抑制输入信号，使系统保持稳定。
2.反馈环路的结构：一个典型的反馈环路包括一个传感器、一个误差放大器和一个执行器。
传感器从系统的输出中采样得到反馈信号，误差放大器将反馈信号与期望信号比较，计算出系统的误差，并输出控制信号给执行器，执行器根据控制信号对系统进行调节。
3.稳定性和性能优化：反馈信号可以提高系统的稳定性和动态性能。
通过合理的反馈控制，可以使系统响应时间更快，误差更小，从而提高系统的稳定性和性能。
应用实例反馈信号在各个领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用实例：1. 电子电路中的反馈控制在电子电路中，反馈信号被广泛应用于放大电路和稳压电路中。
比如，在放大电路中，通过将输出信号的一部分反馈到输入端，可以减小输出对输入信号的依赖，提高放大电路的稳定性和线性度。
2. 控制系统中的反馈控制在控制系统中，反馈信号被用于控制系统的闭环控制。
通过采样输出信号并与期望信号进行比较，可以计算出系统的误差，并通过调节控制信号来实现系统的稳定控制。
例如，自动温度控制系统中的温度传感器采集环境温度，并通过与设定温度进行比较，控制加热或制冷设备的运行状态。
3. 通信系统中的反馈控制在通信系统中，反馈信号被用于自适应调节等技术中。
通过采样接收信号并与发送信号进行比较，可以调整发送信号的参数，使得接收信号在噪声干扰下更加稳定。
例如，自适应均衡技术中，接收端采样接收信号，并通过与发送信号进行比较，调节均衡器的参数，使得接收信号的等化效果更好。
第一章 反馈控制系统的概念(本)
5 在反馈控制系统中，调节单元根据________的大小和方向，输出一个控制信号。 A．给定位 B．偏差 C．测量值 D．扰动量
6 在反馈控制系统中，设定值如果按照某一函数规律变化，则称为________。 A. 定值控制 B. 程序控制 C．随动控制 D．函数控制
7 在反馈控制系统中，执行机构的输入是________。 A．被控参数的实际信号 C．被控参数的偏差信号 B. 调节器的输出信号 D．被控参数的给定信号
过渡过程 : transient：指自动控制系统在动态中被控量随时间的变化过程。 或者说是从一个平衡态过渡到另一个平衡态的过程。 y
t 平衡状态 平衡 状态 过渡过程
自动控制系统过渡过程曲线
二．控制系统的典型输入信号 为便于系统分析，定义几种常见的系统输入信号：
（ 1）阶跃输入： （ 2）速度输入 ：
（ 3）加速度输入：
（ 4）脉冲输入：
（ 5）正弦输入： 其中，阶跃输入对系统的工作最为不利。
r(t) R 0 r(t)
r(t)
Rt
t
0 r(t)
t
½ Rt2
0
0
t
t
r(t) 1/h 0 h t 单位脉冲函数
h→0
r(t)
r(t)→∞
0
t
h→0时，称为理想的单 位脉冲函数，记作δ(t)。
三. 评定控制系统动态过程品质的指标
四. 反馈控制系统的分类
1.按所用能源分类：气动控制系统和电动控制系统 2.按仪表的结构形式分类：单元组合仪表和基地式仪表 单元组合仪表：各单元分别制成一台独立仪表 基地式仪表 ： 各单元组装成一台仪表 3. 按给定值的变化规律分类：
（ a）定值控制；（b）程序控制；（c）随动控制。
反馈控制系统实例
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第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统
三、VCU-160粘度控制器
1.控制方式和过程 控制方式：温度程序控制、温度定值控 制、粘度定值控制 作用规律：PI控制（由单片机程序实现） 控制方式选择开关：DO、STOP、HFO
第一节 柴油机冷却水温度控制系统
感温元件
主
调
机
节
器
感温元件
主
调
机
节
器
三通调节阀
M
执行电机
冷却器
三通调节阀
M
执行电机
冷却器
图1-1-1 汽缸冷却水温度控制原理
返回本章
直接作用式冷却水温度控制
膨胀水柜
冷却器
泵
主 机
返回本节
MR-Ⅱ型电动冷却水温度控制系统
一、控制系统的组成及工作过程 图1-1-2 二、电源电路及继电器开关电路 图1-1-3d 三、输入电路和指示电路 图1-1-3a 四、PD控制电路 图1-1-3b 五、脉冲宽度调制电路 图1-1-3c 六、管理要点
制系统（单片机控制）。
返回本节
第二节 VAF型燃油粘度控制系统
一、VAF型燃油粘度控制系统的组成 fig.1-2-1 二、测粘计 fig.1-2-2 三、差压变送器 fig.1-2-3 四、调节器 五、气动调节阀 fig.1-2-6 六、控制系统常见故障分析及管理要点
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fig.1-4-3
P B K(AC)
P—气动计算器的气压输出 A—水位调节器的气压输出
B—蒸汽流量变送器的气压输出 K—系统常数，此处K＝2 C—仪表制造常数，本仪表为50%
前馈反馈控制系统
前馈—反馈复合控制系统摘要流量是工业生产过程中重要的被控量之一，因而流量控制的研究具有很大的现实意义。
锅炉的流量控制对石油、冶金、化工等行业来说必不可少。
本论文的目的是锅炉进水流量定值控制，在设计中充分利用自动化仪表技术，计算机技术，自动控制技术，以实现对水箱液位的过程控制。
首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。
然后，根据被控对象模型和被控过程特性并加入PID调节器设计流量控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。
同时，通过对实际控制的结果进行比较，验证了过程控制对提高系统性能的作用。
随着计算机控制技术的迅速发展，组态技术开始得到重视与运用,它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。
关键词：流量定值；过程控制；PID调节器；前馈控制；系统仿真目录一．前馈控制1.前馈控制的定义2.换热器前馈控制二．前馈控制的特点及局限性1.前馈控制的特点2.前馈控制的局限性三．反馈控制1.定义2.反馈控制的特点四．复合控制系统特性1.前馈-反馈复合控制原理2.复合控制系统特点五．小结六．参考文献一、前馈控制1.前馈控制的定义前馈控制（英文名称为Feedforward Control），是按干扰进行调节的开环调节系统，在干扰发生后，被控变量未发生变化时，前馈控制器根据干扰幅值，变化趋势，对操纵变量进行调节，来补偿干扰对被控变量的影响，使被控变量保持不变的方法。
2.换热器前馈控制在热工控制系统中，由于控对象通常存在一定的纯滞后和容积滞后，因而从干扰产生到被调量发生变化需要一定的时间。
从偏差产生到调节器产生控制作用以及操纵量改变到被控量发生变化又要经过一定的时间，可见，这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定植之前，从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。
考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果，如果直接按扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就直接根据检测到的干扰大小和方法按一定规律去控制。
plc pid控制实例
plc pid控制实例
本文将介绍一个基于PLC和PID控制的实例。
PLC（可编程逻辑控制器）是一种常见的工业控制设备，可用于自动化控制系统。
而PID控制器是一种常见的反馈控制器，用于控制过程变量，使其保持在给定的目标值附近。
在这个实例中，我们假设有一个温度控制系统，需要维持加热器内的温度在一定的范围内。
我们使用一个PLC和一个PID控制器来实现这个系统。
首先，我们需要将温度传感器连接到PLC上，以便读取加热器内的温度。
然后，我们需要设置一个PID控制器，用于控制加热器的输出功率。
PID控制器包含三个控制项：比例项、积分项和微分项。
比例项根据目标值与当前值之间的误差来调整输出功率。
积分项根据误差的积分来调整输出功率，以消除持续的误差。
微分项根据误差变化的速率来调整输出功率，以减少过冲。
我们需要使用PLC编程语言（例如Ladder Logic）编写一个控制程序，以便将PID控制器与加热器连接起来。
控制程序应在PLC中运行，以实时监测温度并调整输出功率。
最后，我们需要对系统进行调试和优化，以确保温度控制系统能够稳定地工作，并且能够快速响应目标值的变化。
这可以通过调整PID控制器的参数来实现。
总之，PLC和PID控制是工业控制系统中常用的技术。
通过本文
介绍的实例，我们可以了解到如何使用它们来实现一个温度控制系统。
反馈控制系统
反馈控制系统:同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。
但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。
为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。
反馈控制系统（即闭环控制系统）是基于反馈原理建立的自动控制系统。
所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。
在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。
因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。
反馈控制是自动控制的主要形式。
在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。
反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成（见图）。
图中带叉号的圆圈为比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。
这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。
以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。
炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。
反馈控制系统包括：（一）负反馈（negative feedback）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相反，对控制部分的活动起制约或纠正作用的，称为负反馈。
即使系统的输出值与目标值的偏差越来越小。
1. 意义：维持稳态2. 缺点：滞后、波动（二）正反馈（positive feedback ）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相同，对控制部分的活动起增强作用的，称为正反馈意义：加速生理过程，使机体活动发挥最大效应。
即使系统的输出值与目标值的偏差越来越大，正反馈并不是都是好的，有的时候系统需要正反馈的作用。
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R6 C1 +16V C2
R10
TU1 +
R8 W3
R12
R11
W2
R13
_
板
15
， 输
入
与
指
示
电
路
图1-1-3a
SW2
R9
TU2 +
C7
T1
G -16V
图1-1-3c MRD板，脉冲宽度调制电路 R10
_
+16V
R8
5 R1
R2
TU1 +
D6
R6
R3 C3
R5
D1 D3
T2
R11 D7 降温
W1
_
+16V
R8
5 R1
R2
TU1 +
D6
R6
R3 C3
R5
D1 D3
T2
R11 D7 降温
W1
W2 _
C1
R4
-16V -16V
TU2 +
C2 R7
D2 D4
R9
增温 D8 R13
D5 T1
R12
管理要点
1.面板功能 2.投入使用 3.故障排除通则 4.参数调整
第二节 VAF型燃油粘度控制系统
船舶柴油机，尤其是主机，通常燃用重油。 重油的粘度较大，为便于燃油的输送和雾化， 必须对燃油进行加热，并使其粘度值维持在设 定范围内。
第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统
一、控制系统的组成、功能及特点 二、测量单元 三、VCU－160粘度控制器
第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统
一、控制系统的组成、功能及特点 Fig. 1-3-1
特点：P 22
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第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统
二、测量单元
1.EVT-10C 粘度传感器 粘度传感器 Fig. 1-3-2 单片机变送器 Fig. 1-3-3
2.PT 100 温度传感器 Fig. 1-3-4
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第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统
三、VCU-160粘度控制器
1.控制方式和过程 控制方式：温度程序控制、温度定值控 制、粘度定值控制 作用规律：PI控制（由单片机程序实现） 控制方式选择开关：DO、STOP、HFO
第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统
三、VCU-160粘度控制器
1.控制方式和过程 控制过程： STOP→DO 程序加温，直到DO Tset±3℃,进
图1-1-4
图1-1-3d
增温 C1 R1
降温 R2 C2
220V SW
降温
Re2 D2
L1 R3 SW1
Sr1
+16V 增温
Re1
D1
Sr2
R4 L2
F1 D1
SW2
MRP板，主电源电路
F2 +16V
C1
0V
-16V
+16V
T802
+16V
R7
MRB
R1 R2
10
A
W1
R5
R4
SW1
B
R3
_ C4
第一节 柴油机冷却水温度控制系统
感温元件
主
调
机
节
器
感温元件
主
调
机
节
器
三通调节阀
M
执行电机
冷却器
三通调节阀
M
执行电机
冷却器
图1-1-1 汽缸冷却水温度控制原理
直接作用式冷却水温度控制
膨胀水柜
冷却器
泵
主 机
MR-Ⅱ型电动冷却水温度控制系统
一、控制系统的组成及工作过程 图1-1-2 二、电源电路及继电器开关电路 图1-1-3d 三、输入电路和指示电路 图1-1-3a 四、PD控制电路 图1-1-3b 五、脉冲宽度调制电路 图1-1-3c 六、管理要点
积分时间调整方法：积分阀开大→Ti ↓ 积分阀关小→Ti ↑
调节器杆系
调节器表盘
正作用与反作用
正作用式调节器：当测量输入增加时，输出也增加 反作用式调节器：当测量输入增加时，输出减少。
正作用式→反作用式： （1）喷嘴旋转90℃ （2）M点由左上角→右上角
调节器与调节阀作用形式 的配合
正作用式调节器与气开式调节阀 反作用式调节器与气关式调节阀（优选）
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第二节 VAF型燃油粘度控制系统
四、调节器 立体图 fig.1-2-4 简图 杆系 表盘 PB和Ti的调整 正作用式与反作用式 调节器与调节阀作用形式的配合 手－自动切换
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第二节 VAF型燃油粘度控制系统
比例带调整方法： 比例带调整盘上M点的位置 逆时针→负反馈↑ → 比例带↑ 顺时针→负反馈↓ → 比例带↓
第二节 VAF型燃油粘度控制系统
一、VAF型燃油粘度控制系统的组成 fig.1-2-1 二、测粘计 fig.1-2-2 三、差压变送器 fig.1-2-3 四、调节器 五、气动调节阀 fig.1-2-6 六、控制系统常见故障分析及管理要点
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图1-
组成
调节器 开关组 限位开关 过载保护 三相伺服
马达 三通阀
MR-Ⅱ型调节 器 MR-Ⅱ型调节器是电动基地式仪表，它把测量、
显示、调节等各个单元及相关附件均组装在一 个控制盒内，设置在集中控制室。
控制盒的组成： 图1-1-4
1. MRB板，输入与指示电路 2. MRV板，比例微分控制电路 3. MRD板，脉冲宽度调制电路 4. MRK板，继电器和开并装置 5. MRP板，主电源电路 6. MRS板，稳压电源电路
目标：控制柴油机燃油的粘度，使之保
持在最佳喷射粘度值上。 原理：燃油的粘度随温度增加而下降。
方法：改变燃油的加热程度。
第二节 VAF型燃油粘度控制系统
常用燃油粘度控制系统： （1）VAF型燃油粘度控制系统； （2）NAKAKITA型燃油粘度控制
系统； （3）VISCOCHIEF型燃油粘度控
制系统（单片机控制）。
图1-1-3c MRD板，脉冲宽度调制电路 R10
_
+16V
R8
5 R1
R2
TU1 +
D6
R6
R3 C3
R5
D1 D3
T2
R11 D7 降温
W1
W2 _
C1
R4
-16V -16V
TU2 +
C2 R7
D2 D4
R9
增温 D8 R13
D5 T1
R12
图1-1-3c MRD板，脉冲宽度调制电路 R10
W2 _
C1
R4
-16V -16V
TU2 +
C2 R7
D2 D4
增温 D8 R13
D5 T1
R12
14
15 R1 R14 C1
R5
R8
R13
C2 R2
R3 R4 R7
_ C3 TU1
W2 R10
_ C4
+ R6 W1
R9
TU3 +
R11
5
_ C4
TU2 +
图1-1-3b
MRV板，比例微分控制电路
入温度定值控制。 DO指示灯亮，粘度报警关
第三节 VISCOCHIEF型燃油粘度控制系统
三、VCU-160粘度控制器
1.控制方式和过程 控制过程： STOP→HFO 程序加温，直到HFO Tset±3℃, 或DO→HFO 进入粘度定值控制。稳定后，改