第八章复杂过程控制系统PPT课件

兰州理工大学电信学院
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第过8章程控复制杂与过集程散控系制统系统
8.1.2前馈控制系统的结构 前馈控制的结构有静态补偿和动态补偿。
1．静态前馈控制系统 所谓静态前馈控制，是前馈控制器的补偿控制规律， 只考虑静态增益补偿，不考虑速度补偿。
G
b
(
s)
G
o
(
s)
Gf (s) Gm (s)
G
v
(s)
G
b
(0)
不论是什么干扰，只要引起被调参数的变化，调节器均
可根据偏差进行调节。但必须被调参数变化后才进行调节，
调节速度难以进一步提高。
蒸汽
M
TC
例 换热器出口温度
反馈控制系统
冷物料
入口 针对冷物料流
y
换热器
冷凝水
TT
热物料 出口
量变化的最佳调节
效果：
t
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第过8章程控复制杂与过集程散控系制统系统
过程控制系统
2021/3/18
第8章 复杂过程控制系统
了解前馈控制系统原理和特点 了解时间滞后控制系统 了解解耦控制系统 了解比值控制系统 了解均匀控制系统 了解分程控制系统 了解选择性控制系统
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第过8章程控复制杂与过集程散控系制统系统
8.1 前馈控制系统
8. 1 .1 前馈控制系统的概念
蒸汽
TC
FB ∑ M
FT
冷物料 入口
换热器
TT
热物料 出口
冷凝水
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第过8章程控复制杂与过集程散控系制统系统
在前馈——反馈复合控制系统中，设定值X(s)、干扰
F(s)对输出Y(s)的共同影响为：
Y(s)
G0 (s)Gv (s)G c (s)
X (s)
1 G0 (s)Gv (s)Gc (s)GmT (S)
G
b
(
s)
G
o
(
s)
Gf (s) Gm (s)
G
v
(s)
理论上，动态前馈控制能在每个时刻都完全补偿扰动
对被控参数的影响。但补偿控制规律比较复杂，常常无法
获得精确表达式，也难以精确实现。
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第过8章程控复制杂与过集程散控系制统系统
3．前馈—反馈复合控制系统 为了克服前馈控制的局限性，将前馈控制和反馈控 制结合起来，组成前馈—反馈复合控制系统。 ❖ 如换热器出口温度前馈—反馈复合控制系统。
干扰通道的传递函数为：
Yf
(S)
Gf
(s) 1
Go (S)Gv (S)Gb (S)GmF (S) Go (s)Gv (s)Gc (s)GmT (S)
F
(s)
1、传函分子即是前馈控制系统的补偿条件。表明复
合控制系统与开环前馈控制系统的补偿条件完全相同，并
不因为引进反馈控制而有所改变。
2、传函分母即是反馈控制系统的闭环传递函数。表 明反馈控制系统的稳定性并不因为引进前馈控制而有所改 变；且由于反馈控制回路的存在，使前馈控制的精度比开 环前馈控制高。
Gf (s) Go (S)Gv (S)Gb (S)GmF (S) F (s) 1 Go (s)Gv (s)Gc (s)GmT (S) GmF(s) F(s)
Gb(s)
Gf(s)
X(s) ＋
Gc(s) ＋ ＋ Gv(s) Go(s) ＋ ＋
Y(s)
－
GmT(s)
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Y(S) = F(S)Gf(s)+ F(S)Gm(s)Gb(s)Gv(s)Go(s) = 0
前馈补偿规律的推导：
Y(S) = F(S)Gf(s)+ F(S)Gm(s)Gb(s)Gv(s)Go(s) = 0
得：
G
b
(
s)
Байду номын сангаас
G
o
(
s)
Gf (s) Gm (s)
G
v
(s)
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K
o
Kf Km
K（v S=0时Kb）
Gb(s) Gv(s)
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Gm(s) F(s)
Gf(s)
＋＋
Go(s)
Y(s)
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静态前馈系统结构简单、易于实现，前馈控制器就是 一个比例放大器。但控制过程中，动态偏差依然存在。
2．动态前馈控制系统 完全按照补偿控制规律制作控制器。
前馈控制的特点：
①前馈控制器是按是按照干扰的大小进行控制的， 称为“扰动补偿”。如果补偿精确，被调变量不会变化， 能实现“不变性”控制。
②前馈控制是开环控制，控制作用几乎与干扰同步 产生，是事先调节，速度快。
③前馈控制器的控制规律不是PID控制，是由对象特 性决定的。
④前馈控制只对特定的干扰有控制作用，对其它干
反馈控制是按被控量的偏差进行控制的。
控制原理：将被控量的偏差信号反馈到控制器，由 控制器去修正控制量，以减小偏差量。
反馈控制能产生作用的前提条件是被控量必须偏离
设定值。在反馈系统把被控量调回到设定值之前，系统
一直处于受扰动的状态。
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1、反馈控制的特点：
冷物料 入口
Gb(s)
Gv(s) 蒸汽 M
Gv(s)
Go(s)
Gfs) 换热器
冷凝水
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F(s) Gm(s)
Gfs)
＋＋
Go(s)
Y(s)
Y(s) 热物料
出口
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补偿原理 如果补偿量和干扰量以同样的大小和速度作用于被控 变量，且作用方向相反的话，被控变量不变。
2、前馈控制的原理与特点 为了改变事后调节的状况，提出前馈控制的思路：
根据冷物料流量Q的大小，调节阀门开度。
例 针对换热器入口流量干扰的前馈控制系统
蒸汽
FB
M
FT
冷物料 入口
换热器
冷凝水
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热物料 出口
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用方框图表示：
Gb(s) FB
Gm(s) FT F(s)
扰无效。
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3．前馈控制的局限性 ①实际工业过程中的干扰很多，不可能对每个干扰设 计一套控制系统，况且有的干扰的在线检测非常困难。 ②前馈控制器的补偿控制规律很难精确计算，即使前 馈控制器设计的非常精确， 实现时也会存在误差，而开环 系统对误差无法自我纠正。 因此，一般将前馈控制与反馈控制结合使用。前馈控 制针对主要干扰，反馈控制针对所有干扰。
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第过8章程控复制杂与过集程散控系制统系统
复合控制系统具有以下优点： ①在反馈控制的基础上，针对主要干扰进行前馈补偿。 既提高了控制速度，又保证了控制精度。 ②反馈控制回路的存在，降低了对前馈控制器的精度 要求，有利于简化前馈控制器的设计和实现。 ③在单纯的反馈控制系统中，提高控制精度与系统稳 定性是一对矛盾。往往为保证系统的稳定性而无法实现 高精度的控制。而前馈——反馈控制系统既可实现高精 度控制，又能保证系统稳定运行。