第六章基于补偿原理的控制系统黄.pptx

不变性原理不变性原理控制系统的被控量与扰动量绝对无关或者在一定准确度控制系统的被控量与扰动量绝对无关或者在一定准确度下无关下无关几种不变性几种不变性绝对不变性绝对不变性误差不变性误差不变性稳态不变性稳态不变性选择不变性选择不变性基于不变性原理基于不变性原理组成的自动控制系统成为组成的自动控制系统成为前馈控制系统前馈控制系统6.2.1 基本概念6.2 6.2 前馈控制前馈控制 直接按扰动而不是按偏差进行控制。直接按扰动而不是按偏差进行控制。干扰发生后，被控量还未显现出变化之前，控制器干扰发生后，被控量还未显现出变化之前，控制器就产生了控制作用。就产生了控制作用。这种这种前馈控制系统前馈控制系统对干扰的克服要比反馈控制系统对干扰的克服要比反馈控制系统及时得多。及时得多。1、技术思路、技术思路例例6.1 锅筒锅炉水位控制系统锅筒锅炉水位控制系统IG*=ID+IL-5.0IDIG*ILIG图6.3 前馈控制系统 (1)(1)、检测检测：前馈控制测干扰；：前馈控制测干扰；反馈控制测被控量。反馈控制测被控量。(2)(2)、效果效果：克服干扰，前馈控：克服干扰，前馈控制及时，理论上可实现完全补偿；制及时，理论上可实现完全补偿；反馈控制不及时。反馈控制不及时。(3)(3)、经济性经济性：克服干扰，前馈：克服干扰，前馈控制只能一对一，不如反馈控制经控制只能一对一，不如反馈控制经济。济。(4)(4)、稳定性稳定性：前馈为开环，不：前馈为开环，不存在此问题；反馈则不同，稳定性存在此问题；反馈则不同，稳定性与控制精度是矛盾的。与控制精度是矛盾的。2 2、前馈与反馈的比较、前馈与反馈的比较 控制器的输出仅仅是输控制器的输出仅仅是输入入F F的函数，与时间的函数，与时间t t无关。无关。在图在图4-124-12中，令前馈控中，令前馈控制器传函满足下式即可：制器传函满足下式即可：6.2.2 6.2.2 静态前馈控制静态前馈控制静态前馈的含义静态前馈的含义静态前馈的含义静态前馈的含义 例6.2 列管换热器的前馈控制其中其中M Ma a为扰动量，为扰动量，T T2 2为出口温度，为出口温度，W WO O(s)(s)为控制通道的传递函数为控制通道的传递函数,W Wf f(s)(s)为前馈通道的传递函数为前馈通道的传递函数,W Wd d(s)(s)为干扰通道的传递函数。为干扰通道的传递函数。补偿过程如下图所示。补偿过程如下图所示。可实现对扰动的完全补偿，使被控量成为对扰动绝对不可实现对扰动的完全补偿，使被控量成为对扰动绝对不可实现对扰动的完全补偿，使被控量成为对扰动绝对不可实现对扰动的完全补偿，使被控量成为对扰动绝对不灵敏的系统。（不变性原理）灵敏的系统。（不变性原理）灵敏的系统。（不变性原理）灵敏的系统。（不变性原理）前馈控制与数学模型的关系前馈控制与数学模型的关系二、动态前馈控制二、动态前馈控制 静态前馈控制只能有效抑制静态偏差；静态前馈控制只能有效抑制静态偏差；动态前馈控制不但能有效抑制静态偏差；动态前馈控制不但能有效抑制静态偏差；而且能有效抑制动态偏差。而且能有效抑制动态偏差。1 1 1 1、问题及办法、问题及办法、问题及办法、问题及办法 2 2 2 2、原理：、原理：、原理：、原理：如下图，其中如下图，其中如下图，其中如下图，其中G G G Gffffffff(S)(S)(S)(S)非纯比例环节。非纯比例环节。非纯比例环节。非纯比例环节。1）动态补偿器设计动态补偿器设计2）简单动态补偿器：导前简单动态补偿器：导前-滞后环节滞后环节 动态前馈控制能显著提高系统的控制质量，但动态前馈控制能显著提高系统的控制质量，但结构和参数整定均比较复杂。结构和参数整定均比较复杂。只适用于控制精度要求很高、反馈与静态前馈只适用于控制精度要求很高、反馈与静态前馈难于满足时。难于满足时。6.2.4 6.2.4 前馈前馈-反馈控制系统反馈控制系统亦称为前馈亦称为前馈-反馈控制系统。反馈控制系统。1 1 1 1、方法的提出、方法的提出、方法的提出、方法的提出 前馈控制是有局限性的：前馈控制是有局限性的：对补偿结果无法检测；对补偿结果无法检测；难以对每个干扰均设计一套前馈控制装置；难以对每个干扰均设计一套前馈控制装置；一个固定的前馈模型难以获得良好的控制质量。一个固定的前馈模型难以获得良好的控制质量。3 3 3 3、特点及适用性、特点及适用性、特点及适用性、特点及适用性 前馈前馈-反馈控制系统方框图反馈控制系统方框图 复合控制的复合控制的复合控制的复合控制的好处好处好处好处：既发挥了前馈校正及时的优点，：既发挥了前馈校正及时的优点，：既发挥了前馈校正及时的优点，：既发挥了前馈校正及时的优点，又保持了反馈控制能抑制多个干扰并对被控量始终又保持了反馈控制能抑制多个干扰并对被控量始终又保持了反馈控制能抑制多个干扰并对被控量始终又保持了反馈控制能抑制多个干扰并对被控量始终给予检验的长处。给予检验的长处。给予检验的长处。给予检验的长处。2 2、组成原理及结构图、组成原理及结构图:当负荷当负荷变化时变化时 对于前馈控制未能完全消除的偏差，以及未对于前馈控制未能完全消除的偏差，以及未能引入前馈控制的其他干扰能引入前馈控制的其他干扰(如物料进口温度、蒸如物料进口温度、蒸汽压力等汽压力等)3 3、特点、特点 实现前馈控制作用的完全补偿的条件不变。实现前馈控制作用的完全补偿的条件不变。（令（令Y(s)/F(s)=0Y(s)/F(s)=0即可。）即可。）不会因引入前馈控制而影响反馈控制的稳不会因引入前馈控制而影响反馈控制的稳定性。定性。4 4 4 4、前馈、前馈、前馈、前馈-反馈控制的优点反馈控制的优点反馈控制的优点反馈控制的优点 只需对主要的干扰采用前馈补偿，大大简化只需对主要的干扰采用前馈补偿，大大简化只需对主要的干扰采用前馈补偿，大大简化只需对主要的干扰采用前馈补偿，大大简化了原来的纯前馈控制系统。了原来的纯前馈控制系统。了原来的纯前馈控制系统。了原来的纯前馈控制系统。降低了对前馈控制精度的要求，为工程上实降低了对前馈控制精度的要求，为工程上实降低了对前馈控制精度的要求，为工程上实降低了对前馈控制精度的要求，为工程上实现简单的前馈补偿创造了条件。现简单的前馈补偿创造了条件。现简单的前馈补偿创造了条件。现简单的前馈补偿创造了条件。比纯反馈控制具有控制精度高、温度速度快比纯反馈控制具有控制精度高、温度速度快比纯反馈控制具有控制精度高、温度速度快比纯反馈控制具有控制精度高、温度速度快的特点。的特点。的特点。的特点。因而是前馈控制中广泛应用的控制系统。因而是前馈控制中广泛应用的控制系统。因而是前馈控制中广泛应用的控制系统。因而是前馈控制中广泛应用的控制系统。为了保证前馈控为了保证前馈控制的精度，常希望控制的精度，常希望控制阀灵敏、线性等；制阀灵敏、线性等；采用串级控制系采用串级控制系统可满足以上要求。统可满足以上要求。四、前馈四、前馈-串级控制系统串级控制系统1 1 1 1、方法的提出、方法的提出、方法的提出、方法的提出 2 2 2 2、原理与结构图、原理与结构图、原理与结构图、原理与结构图 3 3、应用举例：、应用举例：思考题思考题1 1 1 1、前馈控制有哪几种主要型式？、前馈控制有哪几种主要型式？、前馈控制有哪几种主要型式？、前馈控制有哪几种主要型式？2 2 2 2、前馈控制与反馈控制各有什么特点？、前馈控制与反馈控制各有什么特点？、前馈控制与反馈控制各有什么特点？、前馈控制与反馈控制各有什么特点？3 3 3 3、为什么一般不单独使用前馈控制方案？、为什么一般不单独使用前馈控制方案？、为什么一般不单独使用前馈控制方案？、为什么一般不单独使用前馈控制方案？