最新4复杂控制系统

✓ 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
二、 不变性原理与前馈控制器设计--前馈控制器
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。
上式中：右边第一项为干扰对输出量的影响，第二项为前 馈校正作用，第三项为反馈校正作用。
三、 前馈控制的几种结构形式--前馈－反馈控制系统
传递函数为：
N(s) Dn(s)
Y(s)G n(s)D n(s)G (s) N (s) 1D (s)G (s)
R(s)
分析 (1)：在单纯的
前馈控制时，有：
Un(s)
Y1(s) + + Y2(s)
D(s)源自文库
G(s)
-
Y(s)
(a) N(s)
Dn(s)
Un(s)
Gn(s)
R(s) E(s)
U(s)
Y1(s) + + Y2(s)
D(s)
G(s)
-
Y(s)
(b)
三、 前馈控制的几种结构形式--前馈－反馈控制系统
典型前馈－反馈控制系统控制效果分析（一）
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)
图(a)中前馈信号接在反馈控制器之后。可知：在扰动N(s) 的作用下，系统的输出为：
Y ( s ) G n ( s ) N ( s ) D n ( s ) G ( s ) N ( s ) D ( s ) G ( s ) Y ( s )
f(t)
t
y(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
二、 不变性原理与前馈控制器设计
✓ 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]。
二、 不变性原理与前馈控制器设计--前馈控制器的典型结构
前馈控制器的典型结构
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(s)
Gn(s)
E(s)
U1(s) U(s)
Y1(s) + + Y2(s)
D(s)
G(s)
-
Y(s)
(a)
Y(s) N(s)G n(s)D n(s)G (s)
与上式相比，前馈－反馈控制时干扰对被控量的影响比单纯
前馈控制小
1 倍。
1D(s)G(s)
三、 前馈控制的几种结构形式--前馈－反馈控制系统
分析 (2)：在前馈－ 反馈控制系统中，根 据绝对不变性原理得：
三、 前馈控制的几种结构形式--前馈－反馈控制系统
（二） 前馈－反馈控制系统 流量前馈控制器
动的为补了偿解作决用上和述反前馈加热馈控炉控制制对的偏局差限的性控q ，制吸作收用前的u馈优ffc 控点q制，i 对可扰组
成前馈流－量反传感馈器控制系统。 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－反馈控制系统。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。
三、 前馈控制的几种结构形式--前馈－反馈控制系统
（三） 典型前馈－反馈控制系统结构图
N(s) Dn(s)
Un(s)
Gn(s)
R(s) E(s)
U1(s) U(s)
R(s)
Y(s) Gn(s)Dn(s)G(s) 0 N(s) 1D(s)G(s)
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。
Dn(s)G G n((ss))Km
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))
三、 前馈控制的几种结构形式--前馈－反馈控制系统
前馈－反馈控制系统 （一） 前馈控制的局限性
4复杂控制系统
第四章 复杂控制技术（一）
前馈反馈控制技术
一、 反馈控制和前馈控制的特点 二、 不变性原理与前馈控制器 三、 前馈控制的几种结构形式
二、 不变性原理与前馈控制器设计--不变性原理
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。
任何一个系统，总是希望被控量受扰动的影响越小
N(s)D n(s)G (s)G n(s)
二、 不变性原理与前馈控制器设计--前馈控制器的典型结构
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）
三、 前馈控制的几种结构形式--静态和动态前馈控制系统
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。
二、 不变性原理与前馈控制器设计
✓ 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。如下图所示。
➢ 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。