前馈控制系统学习资料

Gff
(s)
GPD(s)
GPC(s)Y2(s) /
X2 (s)
GPD(s) GPC(s)
(副回路是快速随动系， 统所以：Y2(s)/ X2(s) 1)
工业应用：加热炉温度控制系统
Gff (s)
FT
F1
FC
TT
TC
FT
o
FB
习题5.11
T 0
X2
99
Gff (s)
F1 ( s)
0 .5 2s 1
对包围在环内的一切扰动量均能抑制。
前馈控制的原理与特点
选择影响被控量，并且可测量的主要扰
动，构成前馈控制系统 蒸汽
前馈补偿器
FT
pD , Fs
F
1 F
冷凝液
前馈控制系统框图
G ff (s）
qD
F
GPD(s) 1 GPC(s)
前馈控制的补偿原理
F (s)
G ff (s) GPC (s)
GPD (s)
（1）可测：扰动量可以通过测量变送器，在 线地将其转换为前馈补偿器所能接受的信号。
（2）不可控：扰动量与控制量之间的相互独 立性，即控制通道的传递函数与扰动通道的 传递函数无关联，从而控制量无法改变扰动 量的大小。
前馈控制的局限性 完全补偿难以实现：扰动通道和 控制通道的数学模型很难准确求 出；即使求出，工程上难以实现。 只能克服可测不可控的扰动
GC (s)GPC (s)Y(s)
Y(s) GPD (s) Gff (s)GPC (s)
F(s)
1 GC (s)GPC (s)
在单纯前馈控制下Y：(s) F(s)
GPD (s)
Gff
(s)GPC (s)
结构一的数学模型
在 F 作用下，系统输出为 :
Y (s) G PD (s)F (s) G ff (s)G PC (s)F (s)
G C (s)G PC (s)Y (s)
Y (s) G PD (s) G ff (s)G PC (s) 0
F (s)
1 G C (s)G PC (s)
G
ff
(s)
G PD G PC
(s) (s)
结论
1.前馈反馈控制，扰动量对被 控量的影响 为原来的[1/1GC (s)GPC (s)]，说明由于反馈 的存在不仅可以降低对 前馈补偿器精度的要 求，同时对于工况变动 时所引起对象非线性 特性参数的变化具有一 定的适应能力。
2
2 Y2 3
T
2s 1
2s 1
1
1
Gff(s)GPC(s)GYP2(Ds()s)/X2(s)
GPD(s) GPC(s)
0.5/2s10.25 2/2s1
确定控制器的正反作用形式
先研究副调节器
副对象是蒸汽流量控制 ： （1）控制阀开度增大 蒸汽流量增加
正作用过程 K 02 0 （2）已知控制阀为气开式 KV 0 （3）由 K 02KV K C 2 0 K C 2 0
前馈控制系统的结构形式
单纯的前馈控制系统 前馈-反馈控制系统 前馈-串级控制系统
前馈-反馈复合控制系统
结构之一：
X (s)
GC (s)
G ff (s)
GPC (s)
F (s)
GPD (s)
Y (s)
补偿器数学模型
在F作用下，系统输出为:
Y(s) GPD (s)F(s) Gff (s)GPC (s)F(s)
动态结构图简化为：
G ff (s)
F1 ( s)
X1(s) X2(s)
GC1(s)
Y2(s) X 2(s)
GPD (s)
GPC (s)
Y1 ( s )
Y1(s) GPD(s) Gff (s)GPC(s)Y2(s) / X2(s)
F1(s)
1GC1(s)GPC(s)Y2(s) / X2(s)
要对F1(s)全补偿，则YF11((ss)) 0，即：
2.只要对主要干扰进行前馈补偿，其它干扰由 反馈控制予以校正。
结构之二
X (s)
GC (s)
G ff (s) GPC (s)
F (s)
GPD (s)
Y (s)
补偿器数学模型
在F作用下，系统输出为 :
Y (s) GPD (s)F (s) G ff (s)GPC (s)GC (s)F (s)
GC (s)GPC (s)Y (s)
前馈-串级复合控制系统
典型结构框图：由于串级控制系统对进入
副回路的扰动影响有较强的抑制作用，所
以前馈控制主要克服一次扰动。
Gff (s)
F1 ( s)
X1(s) X2(s)
GC1(s)
GC2 (s)
Y2 (s)
GPD (s)
GP2(s) GPC (s)
Y1 ( s )
前馈控制模型
可以求Y出 2(s： ) GC2(s)GP2(s) X2(s) 1GC2(s)GP2(s)
前馈控制
前馈控制的提出和基本概念 前馈控制系统的结构 前馈控制的选用与稳定性 前馈控制系统的工程整定 前馈控制系统的工业应用
前馈控制的提出和基本概念
换热器工艺流程图
F：流体流量 2：冷流体温度
1：热流体温度
蒸汽
pD , Fs
F,2
1
冷凝液
换热器控制要求
控制要求：热流体温度 被控参数：热流体温度 控制参数：蒸汽流量 主要扰动： （ 1）被加热的物料流量 （ 2）入口温度 2 （ 3）蒸汽压力 p D
1 恒定 1 Fs
F
换热器温度反馈控制系统
蒸汽
10
TC
pD , Fs
TT
F,2
冷凝液
1 F
ຫໍສະໝຸດ Baidu
反馈控制系统的特点
反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏 差”。
是一种“不及时”的控制：无论扰动发 生在哪里，总要等到被控量发生偏差后， 调节器才开始调节，调节器的动作总要 落后扰动作用的发生。
存在“稳定性”问题：必须进行分析。
1 (s)
1(s) GPD(s)F(s)Gff (s)GPC(s)F(s)
1(s) F(s)
GPD(s)
Gff
(s)GPC(s)
0
前馈控制器模型为 Gf： f (s)
GPD(s) GPC(s)
前馈控制的特点
“基于扰动来消除扰动对被控量的影响”， 又称为“扰动补偿”； 扰动发生后，前馈控制“及时”动作； 属于开环控制，只要系统中各环节是稳 定的，则控制系统必然稳定； 只适合于可测不可控的扰动； 控制规律取决于被控对象的特性； 一种前馈控制只能克服一种扰动。
Y (s) GPD (s) G ff (s)GPC (s)GC (s) 0
F (s)
1 GC (s)GPC (s)
G
ff
(s)
GPD (s) GPC (s)GC
(s)
(全补偿条件）
工业应用：加热炉前馈-反馈控制
G ff
FT
F1
TT
TC
o
FB
分析
被控参数：出口温度
控制参数：燃油流量FB 主要扰动：进料流量F1 前馈控制量：F2 其它扰动：进料温度、燃料油压力等由反馈 调节器产生的控制作用调节。