前饋控制系統(tǒng)

1、.,前饋控制,前饋控制的提出和基本概念 前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 前饋控制的選用與穩(wěn)定性 前饋控制系統(tǒng)的工程整定 前饋控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用,.,前饋控制的提出和基本概念,換熱器工藝流程圖,.,換熱器控制要求,.,換熱器溫度反饋控制系統(tǒng),TT,TC,.,反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn),反饋控制的本質(zhì)是“基于偏差來消除偏差”。 是一種“不及時(shí)”的控制：無論擾動(dòng)發(fā)生在哪里，總要等到被控量發(fā)生偏差后，調(diào)節(jié)器才開始調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器的動(dòng)作總要落后擾動(dòng)作用的發(fā)生。 存在“穩(wěn)定性”問題：必須進(jìn)行分析。 對(duì)包圍在環(huán)內(nèi)的一切擾動(dòng)量均能抑制。,.,前饋控制的原理與特點(diǎn),選擇影響被控量，并且可測(cè)量的主要擾動(dòng)，構(gòu)成前饋控制系統(tǒng),FT,前饋補(bǔ)償

2、器,.,前饋控制系統(tǒng)框圖,.,前饋控制的補(bǔ)償原理,.,前饋控制的特點(diǎn),“基于擾動(dòng)來消除擾動(dòng)對(duì)被控量的影響”，又稱為“擾動(dòng)補(bǔ)償”； 擾動(dòng)發(fā)生后，前饋控制“及時(shí)”動(dòng)作； 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； 只適合于可測(cè)不可控的擾動(dòng)； 控制規(guī)律取決于被控對(duì)象的特性； 一種前饋控制只能克服一種擾動(dòng)。,.,（1）可測(cè)：擾動(dòng)量可以通過測(cè)量變送器，在線地將其轉(zhuǎn)換為前饋補(bǔ)償器所能接受的信號(hào)。 （2）不可控：擾動(dòng)量與控制量之間的相互獨(dú)立性，即控制通道的傳遞函數(shù)與擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)無關(guān)聯(lián)，從而控制量無法改變擾動(dòng)量的大小。,.,前饋控制的局限性,完全補(bǔ)償難以實(shí)現(xiàn)：擾動(dòng)通道和控制通道的數(shù)學(xué)模

3、型很難準(zhǔn)確求出；即使求出，工程上難以實(shí)現(xiàn)。 只能克服可測(cè)不可控的擾動(dòng),.,前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式,單純的前饋控制系統(tǒng) 前饋-反饋控制系統(tǒng) 前饋-串級(jí)控制系統(tǒng),.,前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng),.,補(bǔ)償器數(shù)學(xué)模型,.,結(jié)構(gòu)一的數(shù)學(xué)模型,.,結(jié)論,2.只要對(duì)主要干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償，其它干擾由反饋控制予以校正。,.,結(jié)構(gòu)之二,.,補(bǔ)償器數(shù)學(xué)模型,.,工業(yè)應(yīng)用：加熱爐前饋-反饋控制,FT,TT,.,分析,.,前饋-串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng),典型結(jié)構(gòu)框圖：由于串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入副回路的擾動(dòng)影響有較強(qiáng)的抑制作用，所以前饋控制主要克服一次擾動(dòng)。,.,前饋控制模型,.,.,工業(yè)應(yīng)用：加熱爐溫度控制系統(tǒng),FT,TT,FT,.,

4、習(xí)題5.11,.,.,確定控制器的正反作用形式,先研究副調(diào)節(jié)器,.,再研究主調(diào)節(jié)器,.,習(xí)題5.12,畫出結(jié)構(gòu)圖; 串級(jí)控制是由內(nèi)外兩個(gè)反饋回路所組成，而前饋-反饋控制是由一個(gè)反饋回路和另一個(gè)開環(huán)的補(bǔ)償回路疊加而成；,.,串級(jí)控制中的副參數(shù)是反映主被控變量的中間變量，控制作用對(duì)它產(chǎn)生明顯的調(diào)節(jié)效果；而前饋-反饋控制中的前饋輸入量是對(duì)主被控變量有顯著影響的干擾量，是完全不受控制作用約束的獨(dú)立變量；,.,a圖的框圖,.,b圖的框圖,.,前饋控制的選用與穩(wěn)定性,實(shí)現(xiàn)前饋控制的必要條件是擾動(dòng)量的可測(cè)及不可控性 （1）可測(cè)：擾動(dòng)量可以通過測(cè)量變送器，在線地將其轉(zhuǎn)換為前饋補(bǔ)償器所能接受的信號(hào)。 （2）不可

5、控：擾動(dòng)量與控制量之間的相互獨(dú)立性，即控制通道的傳遞函數(shù)與擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)無關(guān)聯(lián)，從而控制量無法改變擾動(dòng)量的大小。,.,前饋控制的選用與穩(wěn)定性,前饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 （1）前饋控制是開環(huán)控制，只要各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，系統(tǒng)就是穩(wěn)定的； （2）前饋-反饋、前饋-串級(jí)系統(tǒng)，只要反饋或串級(jí)系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則相應(yīng)的前饋-反饋、前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)也一定穩(wěn)定； （3）無自平衡能力的生產(chǎn)過程，通常不能單獨(dú)使用前饋控制。,.,前饋控制系統(tǒng)的工程整定,前饋控制模型是由過程擾動(dòng)通道和過程控制通道決定的，但準(zhǔn)確獲取過程擾動(dòng)通道和過程控制通道的傳遞函數(shù)通常很困難，所以理論整定難以進(jìn)行，目前廣泛采用的是工程整定法。 參見教材

6、P138-142。,.,前饋控制系統(tǒng)的實(shí)施,相當(dāng)數(shù)量的工業(yè)對(duì)象都具有非周期性與過阻尼的特性，經(jīng)?？捎靡粋€(gè)一階或二階容量滯后，必要時(shí)再串一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)來近似。,.,.,.,動(dòng)態(tài)特性,具有超前特性，適合于控制通道滯后大于干擾通道滯后,具有滯后特性，適合于控制通道滯后小于干擾通道滯后,.,實(shí)現(xiàn)辦法,.,大滯后補(bǔ)償控制,大滯后帶來的影響 大滯后過程的預(yù)估補(bǔ)償控制 增益自適應(yīng)的預(yù)估補(bǔ)償控制,.,大滯后帶來的影響,由于過程控制通道中純滯后的存在，被控量不能及時(shí)反映系統(tǒng)承受的擾動(dòng)。擾動(dòng)量影響的反映要依靠被控參數(shù)的檢測(cè)，由于滯后的存在，反映時(shí)間滯后，因而開始調(diào)節(jié)的時(shí)間也滯后調(diào)節(jié)不及時(shí)。 過程會(huì)產(chǎn)生明顯的超調(diào)量

7、和較長的調(diào)節(jié)時(shí)間。（原因是調(diào)節(jié)不及時(shí)）,.,大滯后的界定與控制方案,.,大滯后過程的預(yù)估補(bǔ)償控制,基本思想：按照過程特性，預(yù)估出一種模型加入到反饋控制系統(tǒng)中，以補(bǔ)償過程的動(dòng)態(tài)特性。,.,Smith預(yù)估補(bǔ)償控制,.,.,Smith預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng),.,Smith預(yù)估補(bǔ)償控制等效框圖,.,.,.,Smith補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn),用近似數(shù)學(xué)模型模擬純滯后環(huán)節(jié)帕德一階和二階近似式,.,帕德一階近似式,.,帕德二階近似式,.,帕德近似式的實(shí)現(xiàn),.,.,Smith補(bǔ)償控制系統(tǒng)框圖,.,Smith預(yù)估補(bǔ)償控制存在的問題,.,增益自適應(yīng)預(yù)估補(bǔ)償控制,A/B,.,加熱爐溫度預(yù)估補(bǔ)償控制,軋鋼車間加熱爐多點(diǎn)平均溫度反饋控制系統(tǒng) 系統(tǒng)主要配置：六臺(tái)設(shè)有斷偶報(bào)警裝置的溫度變送器、三臺(tái)高值選擇器、一臺(tái)加法器、一臺(tái)PID調(diào)節(jié)器和一臺(tái)電/氣轉(zhuǎn)換器,.,加熱爐溫度反饋控制系統(tǒng)流程圖,TT5,TT6,.,系統(tǒng)簡介,.,.,.,