前饋-反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點電子教案

第5章復(fù)雜(fùzá)控制系統(tǒng)5.1串級控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)5.2前饋-反饋(fǎnkuì)復(fù)合控制系統(tǒng)5.3大遲延控制系統(tǒng)

5.4比值控制系統(tǒng)

5.5解耦控制系統(tǒng)

1第一頁，共44頁。電廠鍋爐過熱汽溫控制系統(tǒng)分析被控量：主汽溫θ1控制手段：減溫器的噴水主汽溫對象特點：滯后和慣性較大采用(cǎiyòng)單回路控制品質(zhì)不好導(dǎo)前信號(xìnhào)θ1θ25.1串級控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)一.串級控制系統(tǒng)的組成原理2第二頁，共44頁。副回路(huílù)（內(nèi)回路(huílù)）：粗調(diào)主回路(huílù)（外回路(huílù)）：細(xì)調(diào)主參數(shù)（主變量）：θ1副參數(shù)（副變量）：θ2給定值內(nèi)擾副變量PI1PI2執(zhí)行器閥門減溫器過熱器變送器變送器主變量主調(diào)(zhǔdiào)副調(diào)副對象(duìxiàng)主對象3第三頁，共44頁。二.串級控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的分析副回路(huílù)化簡為等效副對象（一）副回路對控制品質(zhì)(pǐnzhì)的影響1.減小了時間常數(shù)

Gc1Gc2Gm2GfG02G01Gm1Gc1G’02G01Gm14第四頁，共44頁。2.提高(tígāo)了系統(tǒng)的工作頻率串級控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)簡化圖單回路(huílù)控制系統(tǒng)Gc1G’02G01Gm1G’c1GfG02G01Gm15第五頁，共44頁。（二）副回路(huílù)的抗干擾能力Gc1Gc2Gm2GfG02G01Gm1λGc1Gc2Gm2GfG02G01Gm1λ1/Gc2G’026第六頁，共44頁。1.主回路是定值控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)，副回路是隨動控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)，其給定值隨主控制器的輸出而變化的。2.副對象的等效放大倍數(shù)基本不變。（三）副回路(huílù)對負(fù)荷變化的適應(yīng)性7第七頁，共44頁。串級與單回路(huílù)的比較8第八頁，共44頁。串級控制系統(tǒng)的特點：(1)由于副回路的存在，改善了對象的動態(tài)特性。減小了對象的時間常數(shù)，提高了系統(tǒng)的工作頻率，快速性變好。(2)對進(jìn)入副回路的擾動具有很強(qiáng)的克服能力，對進(jìn)入主回路的擾動也有一定克服能力。(3)對負(fù)荷(fùhè)或操作條件的變化具有一定的自適應(yīng)能力。9第九頁，共44頁。三、串級控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的設(shè)計

1.主變量的選擇與單回路系統(tǒng)被控量的選擇一樣(yīyàng)2.副變量的選擇(1)副回路應(yīng)包括主要的和更多的擾動。10第十頁，共44頁。(2)主、副回路對象(duìxiàng)的時間常數(shù)應(yīng)匹配。(3)應(yīng)注意工藝上的合理性和經(jīng)濟(jì)性。11第十一頁，共44頁。3.主、副控制器控制規(guī)律的選擇（1）主變量是生產(chǎn)工藝的重要指標(biāo)，副變量的引入是為提高主變量的控制精度。主控制器宜選擇PI或PID。副控制器選P或PI。（2）生產(chǎn)工藝對主變量的控制要求較高，對副變量的控制要求也不低。主控和副控均選PI，但若主控輸出變化太劇烈(jùliè)，副變量也難以穩(wěn)定工作。12第十二頁，共44頁。四.串級控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的整定R1Y2Gc1Gc2G01Gm1G02Gm2Y1整定方法(fāngfǎ):逐次逼近法,兩步整定法,補償法13第十三頁，共44頁。1.逐次(zhúcì)逼近法（1）斷開主環(huán)，按單回路方法整定副回路，得到副控的參數(shù)，記作[Gc2(s)]1。（2）閉合主環(huán)，整定主回路，得到主控的參數(shù)，記作[Gc1(s)]1。（3）主環(huán)、閉環(huán)均閉合，再整定副回路，得到[Gc2(s)]2。（4）重新整定主回路，得到[Gc1(s)]2。如果不滿意(mǎnyì)，重復(fù)步驟（3）、（4），直到滿意(mǎnyì)為止。14第十四頁，共44頁。2.兩步整定法(1)先將主調(diào)(zhǔdiào)δ=100％，按單回路衰減曲線法整定副回路，減小δ副，直到副變量呈4：1衰減振蕩（ψ=75%）為止，記下此時δs2和Ts2。(2)在副調(diào)為δs2條件下，減小δ主，直到主變量呈4：1衰減振蕩為止，記下此時δs1和Ts1。(3)根據(jù)δs1、Ts1、δs2和Ts2，按經(jīng)驗公式，得到主調(diào)(zhǔdiào)和副調(diào)參數(shù)值。15第十五頁，共44頁。3.一步(yībù)整定法（1）由表5.2選一個合適的副調(diào)放大系數(shù)（P作用）。（2）將系統(tǒng)投入串級控制(kòngzhì)，按單回路方法整定主調(diào)的參數(shù)。觀察控制(kòngzhì)過程，根據(jù)K值匹配原理，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整參數(shù)，直到主變量的控制(kòngzhì)品質(zhì)最佳。（3）如果在整定過程中出現(xiàn)“共振”，只需加大主、副控制(kòngzhì)器中任一比例帶值就可以消除。16第十六頁，共44頁。5.2前饋-反饋(fǎnkuì)復(fù)合控制系統(tǒng)換熱器的前饋控制(kòngzhì)分析被調(diào)量：θ1調(diào)節(jié)量：q主要(zhǔyào)擾動：D17第十七頁，共44頁。一.前饋控制(kòngzhì)的概念前饋控制是按擾動(rǎodòng)量的變化進(jìn)行控制的。推導(dǎo)(tuīdǎo)前饋控制器的傳函GcfGuGλ18第十八頁，共44頁。二.前饋-反饋(fǎnkuì)控制分析完全補償(bǔcháng)條件GcfGuGλH(s)Gc19第十九頁，共44頁。前饋-反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點：（1）可以對系統(tǒng)中的主要干擾(gānrǎo)進(jìn)行前饋補償。（2）前饋可近似補償，降低了前饋控制器精度的要求。（3）既可實現(xiàn)高精度控制，又能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。20第二十頁，共44頁。三、采用前饋控制的原則（1）系統(tǒng)中的擾動量是可測不可控的。（2）系統(tǒng)中的擾動量的變化幅值大、頻率高。（3）在系統(tǒng)中存在著對被控量影響顯著(xiǎnzhù)的擾動。（4）控制通道的遲延時間較大或擾動通道的時間常數(shù)較小。21第二十一頁，共44頁。前饋-反饋(fǎnkuì)控制實例汽包鍋爐水位(shuǐwèi)控制示意圖過熱器W給水(jǐshuǐ)蒸汽DH省煤器汽包被控量控制量前饋信號22第二十二頁，共44頁。5.3大遲延(chíyán)控制系統(tǒng)

一、常規(guī)控制(kòngzhì)方案微分先行控制方案：微分作用串聯(lián)在反饋(fǎnkuì)回路上23第二十三頁，共44頁。二.預(yù)估補償(bǔcháng)控制方案Smith預(yù)估補償方案(fāngàn)主體思想：消去特征方程中的e－τs項24第二十四頁，共44頁。25第二十五頁，共44頁。例5-2遲延控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)三種方法仿真26第二十六頁，共44頁。三、大林(Dahlin)算法(suànfǎ)

設(shè)計思想是：設(shè)計一個合適的控制器Gc(z)，使系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)具有帶純遲延的一階慣性環(huán)節(jié)，并要求純延遲時間等于(děngyú)被控對象的純遲延時間。27第二十七頁，共44頁。5.4比值(bǐzhí)控制系統(tǒng)一、比值(bǐzhí)控制系統(tǒng)的類型（一）單閉環(huán)比值(bǐzhí)控制系統(tǒng)主流量(liúliàng)Q1副流量Q228第二十八頁，共44頁。特點：結(jié)構(gòu)簡單，實施(shíshī)方便，能保證主、副流量的比值，但主流量不受控制。主檢測(jiǎncè)變送器副檢測(jiǎncè)變送器比值器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副對象主流量Q1副流量Q229第二十九頁，共44頁。試推導(dǎo)(tuīdǎo)靜態(tài)時Q1和Q2關(guān)系30第三十頁，共44頁。（二）雙閉環(huán)比值(bǐzhí)控制系統(tǒng)主檢測(jiǎncè)變送器副檢測(jiǎncè)變送器比值器主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副對象Q1Q2副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥主對象31第三十一頁，共44頁。試推導(dǎo)(tuīdǎo)靜態(tài)時Q1和Q2關(guān)系32第三十二頁，共44頁。（三）變比值(bǐzhí)控制系統(tǒng)主檢測(jiǎncè)變送器檢測(jiǎncè)變送器比值調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副對象Q1Q2除法器主對象檢測變送器33第三十三頁，共44頁。34第三十四頁，共44頁。二、比值控制系統(tǒng)的設(shè)計（一）主、副物料流量的確定(1)一般選生產(chǎn)過程中起主導(dǎo)作用的物料流量為主流量。(2)不可控的或者工藝(gōngyì)上不允許控制的物料流量一般選為主流量，而可控的物料流量選為副流量。(3)

較昂貴的物料流量可選為主流量。(4)按生產(chǎn)工藝(gōngyì)的特殊要求確定主、副物料流量。35第三十五頁，共44頁。（二）控制方案的選擇（1）僅要求兩物料流量之比值一定，負(fù)荷變化不大，主流量不可(bùkě)控制，則可選單閉環(huán)比值控制方案。（2）在生產(chǎn)過程中，主、副流量擾動頻繁，負(fù)荷變化較大，同時要保證主、副物料流量恒定，則可選用雙閉環(huán)比值控制方案。（3）當(dāng)生產(chǎn)要求兩種物料流量的比值能靈活地隨第三個參數(shù)的需要進(jìn)行調(diào)節(jié)時，可選用變比值控制方案。

36第三十六頁，共44頁。（三）調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定（1）單閉環(huán)比值(bǐzhí)控制系統(tǒng)，比值(bǐzhí)器選P，控制器選PI。（2）雙閉環(huán)比值(bǐzhí)控制系統(tǒng)，兩個調(diào)節(jié)器均應(yīng)選PI。（3）串級（變）比值(bǐzhí)控制系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器選PI或PID控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器選用P(或PI)控制規(guī)律。37第三十七頁，共44頁。三、比值控制系統(tǒng)整定(1)變比值控制系統(tǒng)，可按串級控制系統(tǒng)進(jìn)行。(2)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的整定：1）根據(jù)工藝要求的流量比值K，進(jìn)行投運。2）將積分時間置于最大值，由大到小逐步改變比例帶，直到在階躍干擾下過渡過程處于振蕩(zhèndàng)與不振蕩(zhèndàng)的臨界過程為止。3）若有積分作用，則適當(dāng)放寬比例帶，減小積分時間，直到出現(xiàn)臨界過程或稍有點過調(diào)。(3)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，副回路按單回路整定，主流量回路的過渡過程一般應(yīng)整定成非周期過程。38第三十八頁，共44頁。5.5解耦控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)一.耦合程度(chéngdù)的分析方法Gc1Gc2G11G21G12G22R1R2C1C2U1U239第三十九頁，共44頁。雙入雙出對象的靜態(tài)(jìngtài)特性圖K11K21K12K22C1C2U1U240第四十頁，共44頁。帶前饋補償器的雙變量(biànliàng)全解耦系統(tǒng)Gc1Gc2G11G21G12G22U1U2N12N2