基于补偿原理的控制系统(黄)

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第六章 基于补偿原理的控制系统
§6.1 概述
1、问题的提出
其他反馈控制的缺点：
•无法将干扰克服在被控制量偏离设计值之前。
•被控对象总是存在一定的纯滞后和容量滞后，故
限制了控制作用的充分发挥。
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不变性原理
• 控制系统的被控量与扰动量绝对无关或者在一定准确度
下无关 • 几种不变性
D1(s) D2(s) Dn(s)
2、组成原理及结构图:
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Y(s)W f(s)W m(s)W o(s) F(s) 1W c(s)W o(s)
•当负荷变化时……
•对于前馈控制未能完全消除的偏差，以及未能
引入前馈控制的其他干扰( 如物料进口温度、蒸汽
压力等)……
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3、特 点
① 实现前馈控制作用的完全补偿的条件不变。 （令Y(s)/F(s)=0即可。）
② 不会因引入前馈控制而影响反馈控制的稳 定性。
4、前馈--反馈控制的优点
① 只需对主要的干扰采用前馈补偿，大大简化 了原来的纯前馈控制系统。
② 降低了对前馈控制精度的要求，为工程上实 现简单的前馈补偿创造了条件。
③ 比纯反馈控制具有控制精度高、温度速度快 的特点。
•因而是前馈控制中广精选泛PP应T 用的控制系统。 17
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例6.2 列管换热器的前馈控制
+
θ2r
Σ
-
θT
D
X
k
QC
开方
加热 蒸汽
DT
θ1
Q
Qcp(2r 1)DHs 由上式可得：DkQ(精2选rPPT1)
开方 DT
θ2
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•补偿过程如下图所示。
其中Ma为扰动量，T2为出口温度，WO(s)为控制通道的传递函 数,Wf(s)为前馈通道的传递函数,Wd(s)为干扰通道的传递函数。
•可实现对扰动的完全补偿，使被控量成为对扰动绝对不
灵敏的系统。（不变性原理）精选PPT
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前馈控制与数学模型的关系
Q
Q
θ1
换热器
θ2r θ1
D 换热器
D
θ2r
数学模型
前馈控制算法
wenku.baidu.com
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二、动态前馈控制
1、问题及办法
•静态前馈控制只能有效抑制静态偏差； •动态前馈控制不但能有效抑制静态偏差； 而且能有效抑制动态偏差。
•前馈控制是有局限性的： ① 对补偿结果无法检测； ② 难以对每个干扰均设计一套前馈控制装置； ③ 一个固定的前馈模精选型PPT难以获得良好的控制质13
前馈-反馈控制系统方框图
Gff(s)
D(s)
Gd(s)
R(s)
+ －
+
Gc(s)
+
Gv(s)
+ Y(s)
Gp(s） +
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•复合控制的好处：既发挥了前馈校正及时的优 点，又保持了反馈控制能抑制多个干扰并对被控量 始终给予检验的长处。
– 绝对不变性
– 误差不变性
U(s)
Y(s)
– 稳态不变性
– 选择不变性
• 基于不变性原理组成的自动控制系统成为前馈控制系统
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§6.2 前馈控制
• 6.2.1 基本概念
1、技术思路
•直接按扰动而不是按偏差进行控制。 •干扰发生后，被控量还未显现出变化之前，控制器
就产生了控制作用。 •这种前馈控制系统对干扰的克服要比反馈控制系统
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2） 简单动态补偿器：导前-滞后环节
Gff
(s)=-
1s 2s
1 1
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3、特点及适用性
•动态前馈控制能显著提高系统的控制质量，但 结构和参数整定均比较复杂。
•只适用于控制精度要求很高、反馈与静态前馈 难于满足时。
6.2.4 前馈-反馈控制系统
亦称为前馈--反馈控制系统。 1、方法的提出
四、前馈--串级控制系统
1、方法的提出
2、原理与结构图
•为了保证前馈控 制的精度，常希望控 制阀灵敏、线性等；
•采用串级控制系 统可满足以上要求。
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3、应用举例：
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思考题
1、前馈控制有哪几种主要型式？ 2、前馈控制与反馈控制各有什么特点？ 3、为什么一般不单独使用前馈控制方案？
(4)、稳定性：前馈为开环，不 存在此问题；反馈则不同，稳定性 与控制精度是矛盾的。
前馈 控制器
D1 D2 D3
μ
对象
图6.3 前馈控制系统
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y
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6.2.2 静态前馈控制
•静态前馈的含义
控制器的输出仅仅是输入F 的函数，与时间t无关。
在图4-12中，令前馈控制 器传函满足下式即可：
Wm(s)KmK Kof
及时得多。
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例6.1 锅筒锅炉水位控制系统
IG*=ID+IL-5.0
ID IG*
IL
IG
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2、前馈与反馈的比较
(1)、检测：前馈控制测干扰； 反馈控制测被控量。
(2)、效果：克服干扰，前馈控 制及时，理论上可实现完全补偿； 反馈控制不及时。
(3)、经济性：克服干扰，前馈 控制只能一对一，不如反馈控制经 济。
2、原理： 如下图，其中Gff(S)非纯比例环节。
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1） 动态补偿器设计
补偿器
D(s)
Gff(s)
μ
Gv(s)
调节阀
Gd(s) Gp(s)
Y(s)
Y(s) Gd(s)D(s)+Gff (s)Gv(s)Gp(s)D(s) 令Y(s)=0 有
Gff
(s)=-
Gd (s) Gv(s)Gp(s精)选PPT