复合控制系统.
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复合控制系统
—前馈-反馈控制
热能工程学院 王桂荣
应用实例——热交换器的控制
被控量是热水出水温度， 控制量是蒸汽流量。
如果出水温度比期望的温 度值低，就要加大蒸汽流 量；
如果出水温度比期望的温 度值要高，就要减少蒸汽 流量。
控制器
TE
出水
蒸汽
进水
冷凝水
蒸汽-水型热交换器
反馈控制
干扰
tg +
推导过程
前馈-反馈控制
T (s) Gd (s) Gff (s)Gv (s)Gp (s) Q(s) 0 1 Gc (s)Gv (s)Gp (s)
Gd (s) G ff (s)Gv (s)Gp (s) 0
G
ff
(s)
Gv
Gd (s) (s)Gp (s)
前馈—反馈控制与纯前馈控制实现“全补偿”的算式相同。
前馈—反馈控制系统具有下列优点
从前馈控制角度，由于增添了反馈控制，降 低了对前馈控制模型的精度要求，并能对未 选作前馈信号的干扰加以克服。
从反馈控制角度，由于前馈控制的存在，对 干扰作了及时的粗调作用，大大减小了控制 的负担。
选用前馈－反馈控制的原则
如果系统中控制通道的惯性和迟延较大，反 馈控制达不到良好的控制效果，这时可引入 前馈控制。
如果系统中存在着经常变动、可测而不可控 的扰动，反馈控制难以克服扰动对被调量的 影响，这时可引入前馈控制以改善控制品质。
前馈－反馈控制的其它应用
锅炉汽包水位控制
FT
蒸汽
汽
包
LT
省煤器
给水
课后作业
说明为什么引入蒸 汽流量前馈信号。
画出锅炉汽包水位 控制的结构图，并说明 其控制原理。
内容小结
T (s) Q(s)Gd (s) Q(s)G ff (s)Gv (s)Gp (s) T (s)Gc (s)Gv (s)Gp (s)
[1 Gc (s)Gv (s)Gp (s)]T (s) [Gd (s) G ff (s)Gv (s)Gp (s)]Q(s)
T (s) Gd (s) Gff (s)Gv (s)Gp (s) Q(s) 1 Gc (s)Gv (s)Gp (s)
G ff
(s)
Gv
Gd (s) (s)Gp (s)
——前馈控制器传递函数
前馈控制器 Gff(s)
Q(s)
Gv(s) 调节阀
干扰通道 Gd(s)
+ Gp(s) +
热交换器
T(s)
前馈控制是针对系统的某种特定干扰而进行的补偿， 是在被控制量“变化前”提前进行的“超前补偿”。
前馈与反馈的比较
前馈是“开环”，反馈是“闭环” ； 前馈系统中测量干扰量，反馈系统中测量被控变量； 前馈只能克服所测量的干扰，反馈则可克服所有干扰； 前馈理论上可控制到无差，反馈必因有差而控制；
Tg(s)
+
反馈控制器 +
_ Gc(s) +
Gff(s)
Gv(s) 调节阀
Q(s)
干扰通道
Gd(s)
+ T(s)
Gp(s) + 热交换器
干扰作用下的输出： T (s) Gd (s) Gff (s)Gv (s)Gp (s) Q(s) 1 Gc (s)Gv (s)Gp (s)
控制目标： T (s) 0
干扰作用下的输出：
前馈控制器 Gff(s)
Q(s)
Gv(s) 调节阀
干扰通道 Gd(s)
+ Gp(s) +
热交换器
T(s)
T (s) Hale Waihona Puke BaiduQ(s) Gff (s)Gv (s)Gp (s) Q(s) Gd (s)
控制目标： T (s) 0
前馈控制
干扰信号Q(s)不为零时：
G ff (s)Gv (s)Gp (s) Gd (s) 0
_
温度控制器
蒸汽流量调节阀
t
热交换器
t
温问度变题送器：
能否在干扰作用发生后，
反馈控制是基于被在控未影量响的被偏控差变进量行时的，，没有偏差 也就不存在反馈控制就。开始调节 ？
反馈控制是针对系统全部干扰进行补偿，是在被 控制量“变化了”的基础上的“滞后补偿”。
前馈控制
原理：
给系统附加一个前馈通道， 利用前馈控制器所附加的控制量 对被控量的补偿与干扰对被控量 的影响的叠加来消除或减小干扰 的影响。
热交换器的出水温度控制： 负反馈控制、前馈控制、前馈—反馈控制
重点： 前馈控制的原理及特点 前馈-反馈控制的原理及特点
难点： 前馈控制的原理及数学模型
前馈控制器
反馈控制器
Tg(-sT)(s)
+_
+ GGcc((ss)) +
Gff(s)
Gv(s) 调节阀
QQ((ss))
干干扰扰通通道道
Gd(s)
在工程中往往将前馈与 反馈结合起来应用，构 成前馈—反馈控制系统。
前馈-反馈控制
+ +
对出水温度的变化 进行反馈控制；
对冷水流量的变化 进行前馈补偿。
FC 进水
蒸
TC
汽
出水
tg +
_
t
反馈控制器
前馈控制器 流量变送器
干扰
+ +
蒸汽流量调节阀
t
热交换器
温度变送器
前馈-反馈控制
结构图：
前馈控制器
+ T(s)
Gp(s) + 热热交交换换器器
T (Ts()s) GQdG(s(ds)G()sQd)Q(s()s){G{QGGff ((ffsfs()()GssQ))QfQ(f s((()sss)))GG[cG(ccTs(()s([s)s)[[)T]GT(Tsc(()(s]ss)})])]G}vG(vs()sG)Gp (ps()s)
返回
—前馈-反馈控制
热能工程学院 王桂荣
应用实例——热交换器的控制
被控量是热水出水温度， 控制量是蒸汽流量。
如果出水温度比期望的温 度值低，就要加大蒸汽流 量；
如果出水温度比期望的温 度值要高，就要减少蒸汽 流量。
控制器
TE
出水
蒸汽
进水
冷凝水
蒸汽-水型热交换器
反馈控制
干扰
tg +
推导过程
前馈-反馈控制
T (s) Gd (s) Gff (s)Gv (s)Gp (s) Q(s) 0 1 Gc (s)Gv (s)Gp (s)
Gd (s) G ff (s)Gv (s)Gp (s) 0
G
ff
(s)
Gv
Gd (s) (s)Gp (s)
前馈—反馈控制与纯前馈控制实现“全补偿”的算式相同。
前馈—反馈控制系统具有下列优点
从前馈控制角度，由于增添了反馈控制，降 低了对前馈控制模型的精度要求，并能对未 选作前馈信号的干扰加以克服。
从反馈控制角度，由于前馈控制的存在，对 干扰作了及时的粗调作用，大大减小了控制 的负担。
选用前馈－反馈控制的原则
如果系统中控制通道的惯性和迟延较大，反 馈控制达不到良好的控制效果，这时可引入 前馈控制。
如果系统中存在着经常变动、可测而不可控 的扰动，反馈控制难以克服扰动对被调量的 影响，这时可引入前馈控制以改善控制品质。
前馈－反馈控制的其它应用
锅炉汽包水位控制
FT
蒸汽
汽
包
LT
省煤器
给水
课后作业
说明为什么引入蒸 汽流量前馈信号。
画出锅炉汽包水位 控制的结构图，并说明 其控制原理。
内容小结
T (s) Q(s)Gd (s) Q(s)G ff (s)Gv (s)Gp (s) T (s)Gc (s)Gv (s)Gp (s)
[1 Gc (s)Gv (s)Gp (s)]T (s) [Gd (s) G ff (s)Gv (s)Gp (s)]Q(s)
T (s) Gd (s) Gff (s)Gv (s)Gp (s) Q(s) 1 Gc (s)Gv (s)Gp (s)
G ff
(s)
Gv
Gd (s) (s)Gp (s)
——前馈控制器传递函数
前馈控制器 Gff(s)
Q(s)
Gv(s) 调节阀
干扰通道 Gd(s)
+ Gp(s) +
热交换器
T(s)
前馈控制是针对系统的某种特定干扰而进行的补偿， 是在被控制量“变化前”提前进行的“超前补偿”。
前馈与反馈的比较
前馈是“开环”，反馈是“闭环” ； 前馈系统中测量干扰量，反馈系统中测量被控变量； 前馈只能克服所测量的干扰，反馈则可克服所有干扰； 前馈理论上可控制到无差，反馈必因有差而控制；
Tg(s)
+
反馈控制器 +
_ Gc(s) +
Gff(s)
Gv(s) 调节阀
Q(s)
干扰通道
Gd(s)
+ T(s)
Gp(s) + 热交换器
干扰作用下的输出： T (s) Gd (s) Gff (s)Gv (s)Gp (s) Q(s) 1 Gc (s)Gv (s)Gp (s)
控制目标： T (s) 0
干扰作用下的输出：
前馈控制器 Gff(s)
Q(s)
Gv(s) 调节阀
干扰通道 Gd(s)
+ Gp(s) +
热交换器
T(s)
T (s) Hale Waihona Puke BaiduQ(s) Gff (s)Gv (s)Gp (s) Q(s) Gd (s)
控制目标： T (s) 0
前馈控制
干扰信号Q(s)不为零时：
G ff (s)Gv (s)Gp (s) Gd (s) 0
_
温度控制器
蒸汽流量调节阀
t
热交换器
t
温问度变题送器：
能否在干扰作用发生后，
反馈控制是基于被在控未影量响的被偏控差变进量行时的，，没有偏差 也就不存在反馈控制就。开始调节 ？
反馈控制是针对系统全部干扰进行补偿，是在被 控制量“变化了”的基础上的“滞后补偿”。
前馈控制
原理：
给系统附加一个前馈通道， 利用前馈控制器所附加的控制量 对被控量的补偿与干扰对被控量 的影响的叠加来消除或减小干扰 的影响。
热交换器的出水温度控制： 负反馈控制、前馈控制、前馈—反馈控制
重点： 前馈控制的原理及特点 前馈-反馈控制的原理及特点
难点： 前馈控制的原理及数学模型
前馈控制器
反馈控制器
Tg(-sT)(s)
+_
+ GGcc((ss)) +
Gff(s)
Gv(s) 调节阀
QQ((ss))
干干扰扰通通道道
Gd(s)
在工程中往往将前馈与 反馈结合起来应用，构 成前馈—反馈控制系统。
前馈-反馈控制
+ +
对出水温度的变化 进行反馈控制；
对冷水流量的变化 进行前馈补偿。
FC 进水
蒸
TC
汽
出水
tg +
_
t
反馈控制器
前馈控制器 流量变送器
干扰
+ +
蒸汽流量调节阀
t
热交换器
温度变送器
前馈-反馈控制
结构图：
前馈控制器
+ T(s)
Gp(s) + 热热交交换换器器
T (Ts()s) GQdG(s(ds)G()sQd)Q(s()s){G{QGGff ((ffsfs()()GssQ))QfQ(f s((()sss)))GG[cG(ccTs(()s([s)s)[[)T]GT(Tsc(()(s]ss)})])]G}vG(vs()sG)Gp (ps()s)
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