過程控制前饋控制系統(tǒng)-xu

1、干擾設(shè)定 測(cè)量變送 反饋控制器 執(zhí)行器被控變量對(duì)象偏差干擾設(shè)定 測(cè)量變送 反饋控制器 執(zhí)行器被控變量對(duì)象偏差對(duì)象干擾前饋調(diào)節(jié)器 執(zhí)行器被控變量 測(cè)量變送器干擾通道對(duì)象干擾前饋控制器執(zhí)行器被控變量 測(cè)量變送器干擾通道對(duì)象干擾前饋控制器執(zhí)行器被控變量 測(cè)量變送器干擾通道干擾設(shè)定 測(cè)量變送 反饋控制器 執(zhí)行器被控變量對(duì)象偏差對(duì)象干擾前饋控制器執(zhí)行器被控變量 測(cè)量變送器干擾通道 特點(diǎn)比較：n前饋基于干擾控制，反饋基于偏差控制n抑制干擾，前饋控制比反饋控制及時(shí)有效n前饋控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，反饋控制是閉環(huán)控制系統(tǒng)n前饋控制使用的是與實(shí)施對(duì)象特性而定的專用控制器，反饋控制采用通用PID控制器n一種前饋控制

2、只能克服一種干擾，反饋控制只用一個(gè)控制器就可克服多個(gè)干擾前饋控制的應(yīng)用場(chǎng)合 0)(0)(:tYtN時(shí)，當(dāng)即 被控過程及儀表 Y(t) N(t)前饋控制Wff(S)Wf(S)Wo(S)+Y1(s)Y2(s)N(s)Y(s)前饋控制方框圖WffNFY(s)Y1(s)Y2(s)前饋控制Wff(S)Wf(S)Wo(S)+Y1(s)Y2(s)N(s)Y(s)前饋控制方框圖NN yy2(t)y1(t)tt前饋控制系統(tǒng)補(bǔ)償過程WffNFY(s)Y1(s)Y2(s)y1(t)+ y2(t)=00)(0)(:tYtN時(shí)，當(dāng)即y y1 1(t)(t)y y2 2(t)(t)系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出y(t)靜態(tài)偏差為0動(dòng)態(tài)

3、偏差不為0y y1 1(t)(t)y y2 2(t)(t)系統(tǒng)輸出y(ty(t) )1）輸出Y(s)與擾動(dòng)N(s)之間關(guān)系：)()()()(包含執(zhí)行器：控制通道傳函含測(cè)量環(huán)節(jié)）：前饋控制器傳函（包：擾動(dòng)通道傳函SWSWSWofffWffNFY(s)Y1(s)Y2(s)對(duì) 象Wff(S)Wf(S)Wo(S)+Y1(s)Y2(s)N(s)Y(s) V(S)Wo(S)V(S)()()()()()()()()()()(SWSWSWSNSYSNSWSWSNSWSYofffofffn根據(jù)框圖，有：n則根據(jù)絕對(duì)不變性原理：0)()()(:0)(, 0)(SWSWSWSYSNofff即Wff(S)Wf(S)W

4、o(S)+Y1(s)Y2(s)N(s)Y(s)n滿足輸出絕對(duì)不變性前饋控制器：)(/ )()(SWSWSWofff)()()()(包含執(zhí)行器：控制通道傳函：擾動(dòng)通道傳函包含測(cè)量環(huán)節(jié)）：前饋控制器傳函SWSWSWofffn滿足輸出絕對(duì)不變性的前饋控制器是由系統(tǒng)對(duì)象的擾動(dòng)通道特性和控制通道特性決定。n當(dāng)對(duì)象通道特性比較復(fù)雜時(shí),前饋控制器復(fù)雜,難以實(shí)現(xiàn)。所以滿足絕對(duì)不變性的前饋控制器實(shí)現(xiàn)條件比較復(fù)雜。n滿足穩(wěn)態(tài)不變性前饋控制器實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且穩(wěn)態(tài)誤差為0。)(/ )()(SWSWSWofff的增益是的增益是其中)()(:/)(SWKSWKKKKSWooffffofff擾動(dòng)擾動(dòng)N 擾動(dòng)輸出擾動(dòng)輸出調(diào)節(jié)

5、輸出調(diào)節(jié)輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出 Wff(s) Wo(s) Wf(s)N擾動(dòng)擾動(dòng)N 動(dòng)態(tài)前饋要?jiǎng)討B(tài)前饋要補(bǔ)償?shù)拿娣e補(bǔ)償?shù)拿娣e動(dòng)態(tài)過程產(chǎn)生動(dòng)態(tài)過程產(chǎn)生的偏差的偏差擾動(dòng)輸出擾動(dòng)輸出前饋補(bǔ)償前饋補(bǔ)償系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出 動(dòng)態(tài)前饋 Wff(s)滿足絕對(duì)不變性：靜態(tài)前饋控制靜態(tài)前饋控制)(/ )()(SWSWSWofff)(/ )()(SWSWSWofff動(dòng)態(tài)前饋控制器：sfoofffsooosfffofofesTsTKKSWesTKSWesTKSW)(11)(:1)(1)(則動(dòng)態(tài)前饋控制器動(dòng)態(tài)前饋控制器:討 論：（1）T To o= T= Tf f，則，則若若,動(dòng)態(tài)前饋為純遲延,可實(shí)現(xiàn)；若若,動(dòng)態(tài)前饋為純提前

6、,不可實(shí)現(xiàn)。擾擾動(dòng)動(dòng)N由此可得：在選擇控制通道時(shí)應(yīng)選由此可得：在選擇控制通道時(shí)應(yīng)選擇擇純遲延短純遲延短的通道。的通道。Wff(s) Wo(s) Wf(s)NsfoofffofesTsTKKSW)(11)(sofffofeKKSW)()(ofof控控制制控控制制foo（2） f = o ，則，則若若T To o= T= Tf f ,若若T To oTTf f ,若若T To oTTf f ,為超前補(bǔ)償特性為超前補(bǔ)償特性為滯后補(bǔ)償特性為滯后補(bǔ)償特性為比例環(huán)節(jié)為比例環(huán)節(jié)擾擾動(dòng)動(dòng)N一般對(duì)象的純遲延并不明顯，因此動(dòng)一般對(duì)象的純遲延并不明顯，因此動(dòng)態(tài)前饋常采用態(tài)前饋常采用:sTsTKKSWfoofff11

7、)(offfKKSW)()(SWff)(SWffWff(s)Wo(s)Wf(s)NsTsTKSWffff2111)(超前超前滯后滯后WffNFMffY)()()(SWSWSWofffNNYY2Y1tt)()()(SWSWSWofffGff(S)Gf(S)Go(S)+Y1 Y2NY前饋控制方框圖 補(bǔ)償原理補(bǔ)償原理： 通過合適的前饋控制規(guī)律的選擇，使干擾經(jīng)過前饋控制器至被控變量控制通道的動(dòng)態(tài)特性與對(duì)象干擾通道的動(dòng)態(tài)特性完全一致，并且符號(hào)相反，以達(dá)到補(bǔ)償效果。WffNFSMffY Y2 0)(2SSphFYYcNCp物料的比熱容hs蒸汽的汽化潛熱)(2YYhcNFSpSSpffSpShcWXYXhc

8、NF設(shè)定溫度),(2由上式可求得，靜態(tài)前饋控制方程式為：靜態(tài)前饋控制原理圖NFSMffY Y2 Cp/hSX -FC反饋控制的優(yōu)點(diǎn)反饋控制的優(yōu)點(diǎn)：任何擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響均可消除；任何擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響均可消除；系統(tǒng)準(zhǔn)確性高。系統(tǒng)準(zhǔn)確性高。反饋控制的缺點(diǎn)反饋控制的缺點(diǎn)：有偏差才控制有偏差才控制;不能事先規(guī)定調(diào)節(jié)器的輸出。不能事先規(guī)定調(diào)節(jié)器的輸出。將前饋、反饋控制結(jié)合可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，揚(yáng)長(zhǎng)避短將前饋、反饋控制結(jié)合可優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，揚(yáng)長(zhǎng)避短前饋與反饋相結(jié)合，構(gòu)成前饋反饋控制系統(tǒng)（FFC-FBC） 當(dāng)N變化時(shí)，前饋控制器改變加熱蒸氣Fs以補(bǔ)償N對(duì)被控變量Y的影響； 同時(shí)反饋對(duì)其它干擾如物料入口溫度等按PID規(guī)律進(jìn)行校

9、正，這樣兩個(gè)校正作用相疊加，使Y盡快回到給定值。Gff對(duì) 象 MffY Y2 FSTCSp前饋控制克服反饋控制不易克服的主要干擾，而對(duì)其它干擾則進(jìn)行反饋控制。前饋-反饋控制方框圖Wff(S)Wf(S)Wo(S)+-Y1 SpNY+Y2TC(S)Wff對(duì) 象 Mff FSTCSpNY)()(1)()()()(1)()()(SWSTCSWSWSWSTCSWSNSYooffof干擾N對(duì)被控變量Y的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：Wff(S)Wf(S)Wo(S)+-Y1 SpNY+Y2TC(S)0)(,0)(SYSN)()()(0)()()(SWSWSWSWSWSWofffofff應(yīng)用絕對(duì)不變性條件：可推導(dǎo)出前饋控制

10、器的傳遞函數(shù)： 可見: FFC-FBC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償?shù)臈l件與FFC相同。思考：如果前饋控制信號(hào)線接在反饋信號(hào)前如何設(shè)計(jì)前饋控制器？思考：如果前饋控制信號(hào)線接在反饋信號(hào)前如何設(shè)計(jì)前饋控制器？)()(1)()()()(1)()()(SWSTCSWSWSWSTCSWSNSYooffofWff對(duì) 象 Mff Y FSTCSpSpWffNMffY1 Y2 TCFCFS前饋-串級(jí)控制方框圖Wff(S)Wf(S)Wo1(S)+-SpNYTC(S)+Wo2(S)FC(S)-利用串級(jí)控制副回路的特性，降低對(duì)執(zhí)行器要求：)()()(1)()()()()()(1212SWSWSTCSWSWSWSWSNSYoooo

11、fff式中，Go2為副回路等效對(duì)象的傳遞函數(shù)：)()(1)()()(222SWSFCSWSFCSWoooWff(S)Wf(S)Wo1(S)+-SpNYTC(S)+Wo2(S)FC(S)- 串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路是一個(gè)很好的隨動(dòng)系統(tǒng)，可把副回路近似處理為：1)(2SWo0)(, 0)(SYSN應(yīng)用不變性條件：可推導(dǎo)出前饋控制器的傳遞函數(shù)：)()()()()()(112SWSWSWSWSWSWofoofff 可見，無(wú)論哪種形式的前饋控制系統(tǒng)，其前饋控制器的傳遞函數(shù)均可表示為對(duì)象的干擾通道與控制通道的特性之比，并前面加以“負(fù)”號(hào)。T1CT2C燃料原油T1C燃料原油Wff TC燃料原油FC上圖所示的系統(tǒng)

12、方框圖FTWf(S)Wo(S)+-FTC-FCsTsTKSWffff2111)(Wff(S)Wf(S)Wo(S)+-NTC(S)+KWff(S)Wf(S)Wo(S)+-NTC(S)+K在FFC-FBC運(yùn)行下整定 方法1： 開關(guān)K打開，在只有反饋時(shí)，整定反饋控制器的參數(shù)； n開關(guān)K閉合，使系統(tǒng)處于前饋反饋狀態(tài)，施加同樣的干擾作用，由小而大逐漸改變Kf f值。系統(tǒng)輸出為以下幾種情況:Kff=0 無(wú)前饋Kff適當(dāng) 補(bǔ)償合適Kff太小 欠補(bǔ)償Kff過大 過補(bǔ)償n欠補(bǔ)償,增大Kff ,施加同樣干擾,看輸出n過補(bǔ)償,減小Kff,施加同樣干擾,看輸出Wff(S)Wf(S)Wo(S)+-NTC(S)+K a、開關(guān)K打開，在只有反饋和擾動(dòng)N0時(shí)，整定反饋控制器的輸出；記錄穩(wěn)定后擾動(dòng)量N0和反饋控制器輸出u0 b、人為改變擾動(dòng)大小為N1；記錄穩(wěn)定后擾動(dòng)量N1和反饋控制器輸出u1 c、按下式計(jì)算： d、設(shè)置Kff值，施加擾動(dòng)，觀察輸出。如果輸出不夠理想，調(diào)整。0101NNuuKffKff(S)Wf(S)Wo(S)+-NTC(S)+K(a)欠補(bǔ)償(b)過補(bǔ)償(c)補(bǔ)償合適動(dòng)