4章过控习题参考答案.pdf

1第五章前馈控制系统第五章前馈控制系统5 51 1 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？答：反馈控制的特点：优点：能够克服各种干扰。只要干扰对被控变量造成影响，就有控制校正作用。缺点：反馈控制不及时，是一个有差控制系统。反馈控制系统只有被控变量在干扰作用下出现偏差时，才有校正作用，干扰总存在，偏差总存在。前馈控制的特点：（1）前馈控制根据干扰进行，控制及时。如果前馈控制规律恰当，理论上可完全消除干扰的影响（2）前馈控制是一种开环控制，被控变量并不经测量反馈到输入端。不能保证控制效果。（3）前馈控制需要对干扰进行测量，才能进行控制。通常只测量一种干扰，因而只能克服一种干扰。（4）前馈控制器的控制规律是通过对干扰通道与控制通道的特性计算而得是一种专用的控制器，在工程上，精确的通道特性难以获取，精确的前馈控制规律难以实现。5 52 2 纯前馈控制在生产过程中为什么很少采用？纯前馈控制在生产过程中为什么很少采用？答：单纯的前馈由于存在以下两三方面问题，其控制效果往往并不理想，因此在生产中很少使用。这主要表现在：（1）单纯前馈是一种开环控制，不能保证控制效果。不存在被控变量的反馈，即对于补偿的效果没有检验的手段。这样，在前馈作用的控制结果并没有最后消除被控变量偏差时，系统无法得到这一信息而作进一步的校正。（2）单纯前馈通常只能克服一种干扰。由于实际工业对象存在着多个干扰，为了补偿它们对被控变量的影响，势必要设计多个前馈通道，因此单纯前馈就不能很好控制。（3）准确的的前馈控制规律工程上难以实现。5 53 3 前馈前馈-反馈控制具有哪些优点？反馈控制具有哪些优点？答：前馈-反馈系统的优点：前馈控制系统与反馈控制系统优势互补，主要表现在：（1）过渡过程时间、超调量大大降低。由于引入了前馈控制，当主要干扰一出现时，同步施加了一个前馈校正作用，消除或大大降低了对被控变量的影响，因而使反馈控制的超调量、过渡过程时间大大降低。前馈补偿了反馈的缺点。（2）反馈回路的存在，为前馈控制的工程实现创造了条件。前馈不能补偿的部分可由反馈校正，降低了前馈控制模型的精度要求，便于工程实现。（3）具有一定的自适应性：负荷或工况变化时，模型特性也要变化，可由反馈控制加以补偿。5 54 4 为什么前馈控制器不能采用常规的控制器？为什么前馈控制器不能采用常规的控制器？答：前馈控制器的控制规律为对象干扰通道特性与控制通道的特性之比，是一种专用控制器。常规的控制器的控制规律是对偏差进行 P、I、D 运算，实现的控制规律完全不同。5 56 6 如何用对象特性实验数据构成前馈控制器数学模型？如何用对象特性实验数据构成前馈控制器数学模型？2答：工程上通常按下式实现前馈控制规律，通过对象特性实验数据获取控制通道时间常数T1、K1、1，与干扰通道时间常数 T2、K2、2 代入下式后，便构成前馈控制器数学模型。5 51111 某前馈某前馈串级控制系统。已知：串级控制系统。已知：Gc1(s)=Gc2(s)=9Gc1(s)=Gc2(s)=9 G G0101(s)=3/(2s+1)(s)=3/(2s+1)Gv(s)=2Gv(s)=2 G G0202(s)=2/(2s+1)(s)=2/(2s+1)Gm1(s)=Gm2(s)=1Gm1(s)=Gm2(s)=1 G GPD(PD(s)=0.5/(2s+1)s)=0.5/(2s+1)要求：（要求：（1 1）绘出该系统方块图）绘出该系统方块图 （2 2）计算前馈控制器的数学模型）计算前馈控制器的数学模型（3 3）假定控制阀为气开式，试确定各控制器的正反作用（图见教材）假定控制阀为气开式，试确定各控制器的正反作用（图见教材 110110 页）页）解：（1）方块图见教材 97 页“图 5-10 前馈串级控制系统方块图”（2）前前馈馈控制器的数学模型由下式确定：控制器的数学模型由下式确定：代入数据后求得：Gff(s)=-(s+18.5)/108 （3）选择气开阀、流量控制器 FC 反作用、温度调节器 TC 反作用（蒸汽加热系统，操纵变量为蒸汽）。12121 11ffsfffKKKeSTSTKGf)()()()(0102SGSGSGSGPDff)()()()(1)()()()()(2022202202SGSGSGSGSGSGSGSGSGmVCmVC