實(shí)驗(yàn)420132過程控制

1、實(shí)驗(yàn)四 前饋控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 通過本實(shí)驗(yàn)，了解前饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。2) 掌握前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和控制器的參數(shù)整定方法。二、 實(shí)驗(yàn)原理干擾對系統(tǒng)的作用是通過干擾通道進(jìn)行的。前饋控制的原理是給系統(tǒng)附加一個(gè)前饋通道（或稱前饋控制器），使所測量的系統(tǒng)擾動通過前饋控制器改變控制量。利用擾動所附加的控制量與擾動對被控制量影響的疊加消除或減小干擾的影響。 前饋控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：1) 屬于開環(huán)控制 只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定。但若系統(tǒng)中有一個(gè)環(huán)節(jié)不穩(wěn)定，或局部不穩(wěn)定，系統(tǒng)就不穩(wěn)定。另外，系統(tǒng)的控制精度取決于構(gòu)成控制系統(tǒng)的每一部分的精度，所以對系統(tǒng)各環(huán)節(jié)精度要求較

2、高。2) 很強(qiáng)的補(bǔ)償局限性 前饋控制實(shí)際是利用同一干擾源經(jīng)過干擾通道和前饋通道對系統(tǒng)的作用的疊加來消除干擾的影響。因此，固定的前饋控制只對相應(yīng)的干擾源起作用，而對其他干擾沒有影響。而且，在工程實(shí)際中，影響生產(chǎn)過程的原因多種多樣，系統(tǒng)隨時(shí)間、工作狀態(tài)、環(huán)境等情況的變化，也會發(fā)生變化甚至表現(xiàn)出非線性，這些都導(dǎo)致不可能精確確定某一干擾對系統(tǒng)影響的程度或數(shù)學(xué)描述關(guān)系式。因此，前饋控制即使對單一干擾也難以完全補(bǔ)償。3) 前饋控制反應(yīng)迅速 在前饋控制系統(tǒng)中，信息流只向前運(yùn)行，沒有反饋問題，因此相應(yīng)提高了系統(tǒng)反應(yīng)的速度。當(dāng)擾動發(fā)生后，前饋控制器及時(shí)動作，對抑制被控制量由于擾動引起的動靜態(tài)偏差比較有效。這非常

3、有利于大遲滯系統(tǒng)的控制。4) 只能用于可測的干擾 對不可測干擾，由于無法構(gòu)造前饋控制器而不能使用。 按結(jié)構(gòu)，前饋控制可分為靜態(tài)前饋控制、動態(tài)前饋控制、前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)、前饋-串級復(fù)合控制系統(tǒng)等。一個(gè)典型的前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)如圖4-1所示。前饋-反饋復(fù)合控制和前饋-串級復(fù)合控制系統(tǒng)的工程整定方法主要有兩種：1) 前饋控制和反饋或串級分別整定，確定各自參數(shù)，然后組合在一起；2) 首先整定反饋控制系統(tǒng)或串級控制系統(tǒng)，然后再在反饋或串級的基礎(chǔ)上引入前饋控制系統(tǒng)，并對前饋控制系統(tǒng)進(jìn)行整定。其中前饋控制的整定分成靜態(tài)前饋系數(shù)整定、時(shí)間常數(shù)整定兩步。圖4-1 前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)框圖單純靜態(tài)前饋

4、系數(shù)整定有三種方法：1) 當(dāng)系統(tǒng)無前饋時(shí)，設(shè)系統(tǒng)在輸入x0(此時(shí)對應(yīng)控制量為u0)，擾動m0作用下，系統(tǒng)輸出為y0；改變擾動為m1后，改變輸入為x1(此時(shí)對應(yīng)控制量為u1)，維持系統(tǒng)輸出為y0不變。則所求前饋控制器的靜態(tài)放大系數(shù)為：2) 當(dāng)系統(tǒng)無前饋時(shí)，設(shè)系統(tǒng)在輸入x0，無擾動作用下，系統(tǒng)輸出為y0；然后加入擾動并接入前饋回路，調(diào)節(jié)前饋控制器的靜態(tài)系數(shù)k使系統(tǒng)的輸出回復(fù)為y0，此時(shí)的k值為所求的前饋控制器的靜態(tài)系數(shù)。3) 利用系統(tǒng)辨識方法，分別得到控制通道的傳遞函數(shù) 和擾動通道的傳遞函數(shù) ，則所求前饋控制器的靜態(tài)系數(shù)為：時(shí)間常數(shù)整定的方法。前饋控制器通常具有以下形式：其中Kd為靜態(tài)前饋系數(shù)。該

5、形式的前饋調(diào)節(jié)器實(shí)際上是超前滯后補(bǔ)償器，若起超前補(bǔ)償作用(此時(shí)干擾通道時(shí)延小于前饋控制通道時(shí)延)，則Td1> Td2；若起滯后補(bǔ)償作用(此時(shí)干擾通道時(shí)延大于前饋控制通道時(shí)延)，則Td1< Td2。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容圖4-1中，假設(shè)系統(tǒng)干擾通道傳遞函數(shù)為 系統(tǒng)被控部分傳遞函數(shù)為 反饋回路傳遞函數(shù)為 1) 畫出該控制系統(tǒng)的Simulink仿真圖。2) 斷開反饋回路，求靜態(tài)前饋系數(shù)和動態(tài)時(shí)間常數(shù)，并給出Simulink仿真圖。K=-2.5、Td1=1.35、Td1=63) 斷開前饋回路，整定反饋控制器參數(shù)，并給出Simulink仿真圖。Ki=0.26、Ki=0.024、Kd=1.2154) 利用各整定參數(shù)構(gòu)建前饋-反饋復(fù)合控制，并給出系統(tǒng)Simulink仿真結(jié)果曲線圖。其中給定值為5。5) 采用第二種整定方案，首先整定反饋控制系統(tǒng)。在整定好的反饋控制器參數(shù)的基礎(chǔ)上，再整定前饋控制器的靜態(tài)前饋系數(shù)和動態(tài)時(shí)間常數(shù)，并給出相應(yīng)的Simulink仿真圖。四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1) 按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告所