前馈控制系统补充作业答案.pdf

1、如图所示为用蒸汽加热的贮槽加热器。进料量为Q1，其初温为T1；出料量为Q2，温度为T。生产工艺要求贮槽中的物料温度需维持在某一值T上，当进料量Q1不变，而初温波动T1较大时，试设计一前馈反馈控制系统，画出设备连接图和方框图。若扰动通道传递函数用Kd、Td和d模型表示，控制通道传递函数用Kp、Tp和p模型来表示，变送器和执行器均用比例环节来近似（用Km、Kv表示），试求前馈控制器的传递函数，。图 1 贮槽加热器系统 解：设备连接图如图 2 所示 图 2 贮槽加热器的前馈反馈控制 方框图如图 3 所示 图 3 贮槽加热器前馈反馈控制系统方框图 由图 3，可知前馈补偿器应满足)(sGff0)()()(2=+sGsGKsGKdpvffm 根据题意可知1)(+=sTeKsGpsppp，1)(+=sTeKsGdsddd；则前馈补偿器的传函为sdppvmdpvmdffpdesTsTKKKKsGKKsGsG)(2211)()()(+=2、如图 4 所示液位控制系统，（1）分析影响液位H1的因素有哪些。（2）设通过调节阀控制流量Q1作为控制变量，而主要的扰动量为入口流量Q2，设计如前馈反馈控制方案，画出设备连接图和方框图。（3）如果仪表采用 420mA标准信号，液位传感器的量程为 0500mm，流量传感器的量程为 0120m3/h，流量传感器经开方器。经测试，在入口调节阀开度从 30%变化至 40%时，液位从 150mm变化至 180mm；且时间常数为T=50s，迟延时间为=10s。入口流量Q2从 60 m3/h变化至 65m3/h时，液位从 180mm变化至195mm，且时间常数为T=45s，迟延时间为=15s。确定反馈控制器的控制规律，并整定反馈控制器参数。（4）利用上述参数求前馈补偿器的传函。图 4 液位控制系统 解：（1）影响液位H1的因素有：水箱的入口流量Q1和Q2，以及出口流量Q3。（2）设备连接图如图 5 所示 图 5 液位的前馈反馈控制系统 方框图如图 6 所示 图 6 液位前馈反馈控制系统方框图（3）由已知条件可知系统各个环节为：调节阀mAmAKv/%16100)(420(%)0100=液位测量变送器mmmAmmmAKmL/50016)(0500)(420=流量测量变送器)/(12016)/(0120)(42033hmmAhmmAKmF=水箱液位控制通道15031503040150180)(1010+=+=sesesGssp Q2 对液位的扰动通道14531456065180195)(1515+=+=sesesGssd 可知，液位对象的控制器选用 PI 控制器，广义被控对象的比例度为 355001631610011=mLpvoKKKP 采用书 198 页，表 6-4 的响应曲线公式可得 132.03550101.11.1=oooPTP，即控制器比例系数为58.71=PKp sTi333.30=（4）根据上面的计算，且可知前馈补偿器应该满足，0)()()(=+sGsGKsGKdpvffmF则145)150(2.1150316100120161453)()()(51015+=+=sessesesGKKsGsGssspvmFdff 3、如图所示的锅炉汽包水位双冲量调节系统，其各环节的传递函数如下：蒸汽流量与汽包水位间的传函：153)(+=ssGPD；给水调节阀以及给水量变化与汽包水位间的传函：182)()(+=ssGsGPCv；蒸汽流量测量变送器的模型：13.01)(+=ssGmFT；汽包水位测量变送器的模型：15.01)(+=ssGmLT 图 7 汽包水位双冲量控制系统 试求：（1）绘制该系统的方框图，并说明该控制方案采用的是什么控制？（2）求其中的补偿环节Gff(s)的传递函数。解：（1）该控制系统为前馈反馈控制系统，方框图如图 8 所示。水位控制器Gc(s)给水调节阀Gv(s)水位测量变送器LTGmLT(s)水位设定值+-+流量测量变送器FT GmFT(s)前馈补偿器Gff(s)给水调节控制通道GPC(s)蒸汽流量扰动汽包水位蒸汽流量对水位的扰动通道GPD(s)图 8 汽包液位双冲量控制系统方框图（2）可知前馈补偿器应该满足0)()()()()(=sGsGsGsGsGPDPCvffmFT，则15)13.0)(18(5.118213.01153)()()()()(+=+=sssssssGsGsGsGsGPCvmFTPDff 而上式中分子多项式阶次高于分母多项式，不能实现。同时考虑（0.3s+1）分量的时间常数非常短，可以忽略，则补充环节的传递函数可以用下式实现。15)18(5.1)(+=sssGff（注意：该补充环节符号为正）