前馈控制系统
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冷凝液
换热器工艺流程
热流体 F2，T2
➢反馈控制
反馈控制：指在被控变量偏离给定源自后，依据偏差，控制器发出控制指令，补偿 扰动对被控变量的影响。
蒸汽
TC 设定温度T0
P0，BF1 s TT
B2
冷流体 F1，T1
冷凝液
热流体 F2，T2
换热器反馈控制系统
➢反馈控制的特点
偏差
- 设定值
反馈控制器
执行器
Go(t)
前馈控制器模型为：
前馈模型框图
G
ff
(t)
-
Gf Go
(t（) 全补偿条件） (t)
X(t)：扰动量输入；Y(t)：被控量输出
Gf(t)：扰动通道传递函数； Gff(t)：前馈控制器传递函数（包括测量部分） Go(t)：控制通道传递函数（包含执行器）
➢单纯的前馈控制系统的缺点
补偿效果无法检验。 控制精度不高，受负荷和工况等因素影响。 若系统存在多个扰变量，需设置多个前馈控制通道，投资费用和维护量大。
系统负荷变化时，模型特性会发生变化，可由反馈系统加以补偿，因此系 统具有一定的自适应能力。
➢前馈-串级复合控制系统
Gff Fs
SP2 FC
B1
X
B2
TC SP1
Y
换热器前馈-串级复合控制系统
主回路通过温度调节器TC保证出口温度保持在设定值，副回路 通过流量调节器FC调节蒸汽流量以克服蒸汽带来的扰动。
➢前馈-串级复合控制系统的特点
Gb(t)：副回路反馈传递函数
Gff(t)
SP1
-
- Gc(t) SP2
Gb(t)
②
Go(t)
①
前馈-串级模型框图
X(t)
Gf(t)
Y(t)
前馈控制和反馈控制的叠加效果送到控制阀门（执行器），为 了保证控制精度，对控制阀的要求很严格，利用串级副回路的特性， 可以降低执行器的要求。
前馈控制系统应用原则
对象的滞后或纯滞后（控制通道）较大，反馈控制难以满足工艺要 求，可以采用前馈控制对主要干扰进行补偿，构成前馈-反馈控制系统。
系统中存在着可测、不可控、变化频率频繁、幅值大且对被控变量 有显著影响的干扰，采用前馈控制系统可大大提高控制品质。
系统中主要干扰比较多，且对执行器要求严格，可采用前馈-串级控 制系统提高控制效果。
当输入X变化时,通过前馈控制器Gff补偿扰动对输出Y的影响，同时反馈控制回路 反馈其他干扰对输出Y的作用，并通过控制变量进行校正，这两个校正作用叠加，使Y
尽快回到设定值。
➢前馈-反馈复合控制系统模型框图
②
SP
Gc(t)
-
Gff(t)
①
Go(t)
X(t)
Gf(t)
Gc(t)：反馈传递函数 SP：被控变量设定点
控制类型
➢单纯的前馈控制系统 ➢前馈-反馈复合控制系统 ➢前馈-串级复合控制系统
➢单纯的前馈控制系统
X(t)
Y (t) X (t) • G ff (t) • Go (t) X (t) • G f (t)
Gff(t)
Gf(t)
Y (t)
Y(t) X (t) G ff (t) • Go (t) G f (t) 0
➢反馈控制系统的优点
任何扰动对系统的影响都可消除。 控制精度高。
可以将反馈和前馈的优点结合，可以扬长避短。对主要扰动进行前馈控 制，对其他干扰采用反馈控制，可以提高控制效果。
➢前馈-反馈复合控制系统
Gff
TC SP
B2
B1
输入X： 冷流体流量F1
输出Y： 热流体出口温度
换热器前馈-反馈复合控制系统
对于无自平衡能力的生产过程，不单独使用前馈控制。
Y(t)
前馈-反馈模型框图
①
G ff
(t )
Gf Go
(t ) (t )
②
G ff
(t )
Go
G f (t) (t) • Gc
(t )
➢前馈-反馈复合控制系统的优点
由于增加了反馈回路，只需对主要干扰进行前馈控制，其它干扰由反馈控 制加以校正，简化了原有前馈控制系统。
反馈控制的存在，降低了前馈控制对精度的要求。
干扰 对象
测量变送
被控 变量
反馈控制是基于偏差的控制。 当干扰发生时，如果被控变量尚未变化，偏差=0，控制器不会进行调节作用。 反馈控制总要滞后扰动，是一种不及时的扰动有偏差。 反馈控制属于闭环控制，存在稳定性问题，只要干扰存在，被控变量就不会稳定。 反馈控制器一般采用PID控制规律。
➢前馈控制
➢前馈控制与反馈控制的比较
前馈基于干扰控制，反馈基于偏差控制。 对于抑制干扰，前馈比反馈要及时。 前馈属于开环控制系统，反馈属于闭环控制系统。 一种前馈控制只能控制一个干扰，反馈控制只用一个控制器就可以克服 多个干扰。 前馈控制使用的是与实施对象特性而定的专用控制器，反馈控制器采用 通用PID控制器。
前馈控制系统介绍
主要内容
➢前馈控制系统的基本概念 ➢前馈控制系统的控制类型 ➢前馈控制系统的应用原则
基本概念
换热器控制模型
控制要求：热流体出口温度T2稳定
被控变量：热流体出口温度T2
控制变量：蒸汽流量Fs
主要扰动：冷流体流量F1、
冷流体入口温度T1、 冷流体
蒸汽压力P0
F1，T1
蒸汽 P0，BF1 s
前馈控制：当扰动一旦出现，调节器就会根据扰动的大小和性质进行控制，补偿 扰动对系统的影响，使被控变量稳定。
蒸汽
前馈控制器 FT
P0，BF1 s
冷流体 F1，T1
冷凝液
换热器前馈控制系统
热流体 F2，T2
➢前馈控制的特点
前馈调节器
测量变送器
执行器
对象
干扰
干扰通道
Y
-Y 被控变量
前馈控制器是通过测量扰动来消除扰动对被控变量的影响。 当干扰发生时，前馈控制器动作及时，通过前馈调节器改变的量刚好补偿干 扰对对象的影响。 反馈控制属于开环控制，只要系统中各个环节稳定，控制系统必然稳定。 只适合于可测不可控的扰动。
换热器工艺流程
热流体 F2，T2
➢反馈控制
反馈控制：指在被控变量偏离给定源自后，依据偏差，控制器发出控制指令，补偿 扰动对被控变量的影响。
蒸汽
TC 设定温度T0
P0，BF1 s TT
B2
冷流体 F1，T1
冷凝液
热流体 F2，T2
换热器反馈控制系统
➢反馈控制的特点
偏差
- 设定值
反馈控制器
执行器
Go(t)
前馈控制器模型为：
前馈模型框图
G
ff
(t)
-
Gf Go
(t（) 全补偿条件） (t)
X(t)：扰动量输入；Y(t)：被控量输出
Gf(t)：扰动通道传递函数； Gff(t)：前馈控制器传递函数（包括测量部分） Go(t)：控制通道传递函数（包含执行器）
➢单纯的前馈控制系统的缺点
补偿效果无法检验。 控制精度不高，受负荷和工况等因素影响。 若系统存在多个扰变量，需设置多个前馈控制通道，投资费用和维护量大。
系统负荷变化时，模型特性会发生变化，可由反馈系统加以补偿，因此系 统具有一定的自适应能力。
➢前馈-串级复合控制系统
Gff Fs
SP2 FC
B1
X
B2
TC SP1
Y
换热器前馈-串级复合控制系统
主回路通过温度调节器TC保证出口温度保持在设定值，副回路 通过流量调节器FC调节蒸汽流量以克服蒸汽带来的扰动。
➢前馈-串级复合控制系统的特点
Gb(t)：副回路反馈传递函数
Gff(t)
SP1
-
- Gc(t) SP2
Gb(t)
②
Go(t)
①
前馈-串级模型框图
X(t)
Gf(t)
Y(t)
前馈控制和反馈控制的叠加效果送到控制阀门（执行器），为 了保证控制精度，对控制阀的要求很严格，利用串级副回路的特性， 可以降低执行器的要求。
前馈控制系统应用原则
对象的滞后或纯滞后（控制通道）较大，反馈控制难以满足工艺要 求，可以采用前馈控制对主要干扰进行补偿，构成前馈-反馈控制系统。
系统中存在着可测、不可控、变化频率频繁、幅值大且对被控变量 有显著影响的干扰，采用前馈控制系统可大大提高控制品质。
系统中主要干扰比较多，且对执行器要求严格，可采用前馈-串级控 制系统提高控制效果。
当输入X变化时,通过前馈控制器Gff补偿扰动对输出Y的影响，同时反馈控制回路 反馈其他干扰对输出Y的作用，并通过控制变量进行校正，这两个校正作用叠加，使Y
尽快回到设定值。
➢前馈-反馈复合控制系统模型框图
②
SP
Gc(t)
-
Gff(t)
①
Go(t)
X(t)
Gf(t)
Gc(t)：反馈传递函数 SP：被控变量设定点
控制类型
➢单纯的前馈控制系统 ➢前馈-反馈复合控制系统 ➢前馈-串级复合控制系统
➢单纯的前馈控制系统
X(t)
Y (t) X (t) • G ff (t) • Go (t) X (t) • G f (t)
Gff(t)
Gf(t)
Y (t)
Y(t) X (t) G ff (t) • Go (t) G f (t) 0
➢反馈控制系统的优点
任何扰动对系统的影响都可消除。 控制精度高。
可以将反馈和前馈的优点结合，可以扬长避短。对主要扰动进行前馈控 制，对其他干扰采用反馈控制，可以提高控制效果。
➢前馈-反馈复合控制系统
Gff
TC SP
B2
B1
输入X： 冷流体流量F1
输出Y： 热流体出口温度
换热器前馈-反馈复合控制系统
对于无自平衡能力的生产过程，不单独使用前馈控制。
Y(t)
前馈-反馈模型框图
①
G ff
(t )
Gf Go
(t ) (t )
②
G ff
(t )
Go
G f (t) (t) • Gc
(t )
➢前馈-反馈复合控制系统的优点
由于增加了反馈回路，只需对主要干扰进行前馈控制，其它干扰由反馈控 制加以校正，简化了原有前馈控制系统。
反馈控制的存在，降低了前馈控制对精度的要求。
干扰 对象
测量变送
被控 变量
反馈控制是基于偏差的控制。 当干扰发生时，如果被控变量尚未变化，偏差=0，控制器不会进行调节作用。 反馈控制总要滞后扰动，是一种不及时的扰动有偏差。 反馈控制属于闭环控制，存在稳定性问题，只要干扰存在，被控变量就不会稳定。 反馈控制器一般采用PID控制规律。
➢前馈控制
➢前馈控制与反馈控制的比较
前馈基于干扰控制，反馈基于偏差控制。 对于抑制干扰，前馈比反馈要及时。 前馈属于开环控制系统，反馈属于闭环控制系统。 一种前馈控制只能控制一个干扰，反馈控制只用一个控制器就可以克服 多个干扰。 前馈控制使用的是与实施对象特性而定的专用控制器，反馈控制器采用 通用PID控制器。
前馈控制系统介绍
主要内容
➢前馈控制系统的基本概念 ➢前馈控制系统的控制类型 ➢前馈控制系统的应用原则
基本概念
换热器控制模型
控制要求：热流体出口温度T2稳定
被控变量：热流体出口温度T2
控制变量：蒸汽流量Fs
主要扰动：冷流体流量F1、
冷流体入口温度T1、 冷流体
蒸汽压力P0
F1，T1
蒸汽 P0，BF1 s
前馈控制：当扰动一旦出现，调节器就会根据扰动的大小和性质进行控制，补偿 扰动对系统的影响，使被控变量稳定。
蒸汽
前馈控制器 FT
P0，BF1 s
冷流体 F1，T1
冷凝液
换热器前馈控制系统
热流体 F2，T2
➢前馈控制的特点
前馈调节器
测量变送器
执行器
对象
干扰
干扰通道
Y
-Y 被控变量
前馈控制器是通过测量扰动来消除扰动对被控变量的影响。 当干扰发生时，前馈控制器动作及时，通过前馈调节器改变的量刚好补偿干 扰对对象的影响。 反馈控制属于开环控制，只要系统中各个环节稳定，控制系统必然稳定。 只适合于可测不可控的扰动。