下水箱液位前馈反馈控制系统

下水箱液位前馈反馈控制系统实验

一、实验目的

1、学习前馈-反馈控制的原理。

2、了解前馈-反馈控制的特点。

3、掌握前馈-反馈控制的设计。

二、实验设备

A3000-FS/FBS现场系统，任意控制系统。

三、实验原理

1、控制原理

前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者抵消与被调量发生偏差之前。因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。但是前馈控制是开环控制。其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果没有反馈控制，则这种校正作用只能在稳态下补偿扰动作用。

如图6-12所示。设法保持下水箱液位，是用两个水泵注水。

图6-12 前馈－反馈控制系统原理图

如果支路一出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在第二个支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。而不需要经过调节器。

如果没有反馈，就是开环控制，这个控制是有余差的。增加反馈通道，使用PI 进行控制，如图6-12所示。

我们按照参考书上的内容，进行了部分简化。

前馈控制不考虑控制通道与对象通道延迟，则根据物料平衡关系，简单的前馈控制方程为：Qu=dF 。

也就是两个流量的和保持稳定。但是有两个条件，一是准确知道第一个支路的流量，二是准确知道调节阀开度与流量对应关系1K ，如图6-13所示：

图6-13 调节阀开度与流量比例关系

2、测量与控制端连接表

40806020

3、实验方案

被调量为调节阀，控制量是支路2流量，控制目标是下水箱液位。

首先实现前馈控制，通过测量支路1、2流量，控制调节阀，使得支路2流量变化跟踪支路1流量变化。

然后实现反馈控制，通过测量水箱液位，控制调节阀，从而把前馈控制不能修正的误差进行修正。

4、参考结果

在前馈-反馈控制下的加法器系数K取不同值时的控制曲线如图6-14—6-17所示：

图6-14 K=0时前馈－反馈控制曲线图6-15 K=1时前馈－反馈控制曲线

图6-16 K=2时前馈－反馈控制曲线图6-17 K=3时前馈－反馈控制曲线

四、实验要求

1、设计前馈－反馈控制系统。

2、经过参数调整，获得最佳的控制效果，并通过干扰来验证。

五、实验内容与步骤

1、在A3000-FS上，打开手动调节阀JV104、JV103，1#电磁阀，JV201、JV206。其余阀门关闭。

2、按照测量与控制列表进行连线：

在A3000-CS上，电磁流量计输出端连接到AI2；涡轮流量计输出端连接AI0；下水箱液位连接到AI1；AO0连接到电动调节阀(FV101)。

3、打开A3000电源。

4、在A3000-FS上，启动左边水泵和右边水泵。左边水泵使用变频器控制。

5、首先测量调节阀开度和流量关系。给出不同的开度电流，观察电磁流量计的数值。

6、计算关系函数，加入控制软件中。

7、开始前馈-反馈控制。启动上位机，设置控制器参数，设置前馈系数，记录其实时曲线。

8、通过变频器改变左边支路水流量，观察并记录控制曲线的变化。

9、反复进行操作8，并修正K值参数,并将其同调节阀开度与流量对应关系

K

1做比较，得出最佳参数K。

六、思考问题

分析前馈－反馈控制与串级控制的区别，优缺点。

七、实验结果提交

1、通过抓图方法，提交获得的曲线。

2、给出最佳控制参数。