#第5章 汽包锅炉给水自动控制系统

第五章 汽包锅炉给水自动控制系统

5-1 前馈--反馈调节系统 一.前馈--反馈调节原理

反馈调节系统特点：事后控制，反馈校正。调节过程中被调量的动态

偏差较大,且调节过程也较长。

前馈调节系统特点：直接根据扰动进行调节,减小动态偏差。

y

1. 定义

直接根据造成被调量偏差的原因进行调节的系统,称为前馈调节系统。

2. 前馈的类型及整定

前馈调节的类型：很多,因而()b S W 的规律不同。

不变性原理：设计前馈补偿器,使被调量y 和扰动无关。 (a)扰动有单独通道

()()()()0()()yx yx b o b o W s W s W s W s W s W s +=⇒=-

(b) 扰动作用在对象之前

补偿作用在调节器之前。例如:喷水压力改变时对温度的影响。

()()()()()10()()1()()()

o b a o b a o a W s W s W s W s Y s W s X s W s W s W s +==⇒=-

+ (c) 扰动有单独通道,补偿作用在调节器之后

()()()

()()0()()1()()()

yx b o yx b a o W s W s W s W s Y s W s X s W s W s Wo s +==⇒=-+ (d) 扰动有单独通道,补偿在调节之前

()()()()

()()0()()1()()()()

yx a b o yx b a o a W s W s W s W s W s Y s W s X s W s W s W s Wo s +==⇒=-+

前馈一般不能做到完全补偿。常用静态前馈或者一些特定形式的动态前馈。 (a) 静态前馈

即根据不变性原理求出()b S W ,用其静态放大系数作为补偿装置,它是一个比例环节: ()0|b b S s k W →=

(b) 动态前馈

直接根据不变性原理求得。在热工过程控制中常用:

211()1b b

T s W s k T s +=+-----超前—滞后环节

()0|b b S s k W →=

当21T T >时 ,超前补偿(PD 作用) 当12T T >时,滞后补偿(PI 作用)

21

T T >t

k

t

k 12

21

1

(0)lim ()lim ()

b b S S T y SY S SW S k S T →∞

→∞

===

01

()lim ()b b S y SW S k S

→∞==

3. 存在缺点:

(1) 只能针对一种或者几种典型扰动设计()b W s ,然而生产过程中扰动因素很多,因而调节效果受到限制. (2) 对不可测量的扰动,无法实现补偿.

(3) 不能做到完全补偿,实现复杂,采用b k 或者2111b T s

k T s ++近似补偿.

前馈—反馈调节系统：必须将前馈和反馈结合起来进行调节,利用前

馈来减小扰动对被调量的影响,而反馈作用保障被调量等于给定值.

二.前馈—反馈调节系统. 1.概念

r y

前馈控制:作用是有效抑制主要扰动,开环控制。 反馈控制:保证系统稳定 ,即最终消除扰动,使y r =。 2.前馈—反馈复合控制系统的特点（见书P110-112） 1）引入反馈后，前馈控制的完全补偿条件不变； 2）前馈控制规律还和反馈调节器位置有关；

3）复合控制时，扰动对输出的影响比纯前馈控制时小得多； 4）前馈对系统稳定性无影响。 3.系统整定

(i) 在整定反馈回路是,只考虑是反馈形成的闭合回路,具有适

当的稳定性裕度,而不要考虑前馈部分.

(ii) 在整定前馈装置时,不考虑反馈的调节所引起的稳定性问

题,直接用不变性原理整定.

4. 工程整定(只介绍前馈调节整定) (1)

静态前馈系统的b k 的整定 (a) 开环整定法

使闭环系统稳定； 断开反馈回路，加扰动x ；

b k 由小到大,使y 不变，记下b k .

(b)闭环整定法

开环整定法的主要缺点是容易造成被调量失控的事故,故工程上常用闭环整定法：

断开b k ，使反馈系统稳定； 加扰动

x ，待再次稳定后记下u ；

b u k x

∆=∆

（C ） 前馈—反馈复合整定

这是一种试探式的方法：

前馈和反馈都投入→在相同的扰动x ∆下, b k 由小变大→观察被调量的响应曲线→取过程最佳时的b k . (2) 动态前馈模型的参数整定原则

()()()()0()()yx yx b o b o W s W s W s W s W s W s +=⇒=-

211()1b

b

T s

W s k T s +=+

b k 可在210T T ==的条件下按前述方法确定.

否

否

若有条件可先通过仿真实验确定1T 和2T ,然后再到现场修正. 例题或习题 1.

y

(1) 说明环节k 的作用,并按静态整定k 值 . (2) 若环节k 改为

1p d d k T s T s + (p

k

值为上述整定值),则在反馈断开时,

扰动x 的单位、阶跃变化能否使y 做到静态不变？为什么？若y 改变，则y 稳态变化量为多少？ 解： （1）32

12

0(13)(12)

k

s s +=++，静态时，2k =-。

（2）不能。由于当x 阶跃扰动达到静态时，实际微分环节输出为0，对y 无前馈补偿作用。

2011

()lim ()lim 2(12)s x y y t s s s →→∞

∞===+