前馈控制系统(课堂PPT).ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,前馈控制,前馈控制的提出和基本概念,前馈控制系统的结构,前馈控制的选用与稳定性,前馈控制系统的工程整定,前馈控制系统的工业应用,1,前馈控制的提出和基本概念,换热器工艺流程图,2,换热器控制要求,3,换热器温度反馈控制系统,TT,TC,4,反馈控制系统的特点,反馈控制的本质是,“,基于偏差来消除偏差,”,。,是一种,“,不及时,”,的控制：无论扰动发生在哪里，总要等到被控量发生偏差后，调节器才开始调节，调节器的动作总要落后扰动作用的发生。,存在,“,稳定性,”,问题：必须进行分析。,对包围在环内的一切扰动量均能抑制。,5,前馈控制的原理与特点,选择影响被控量，并且可测量的主要扰动，构成前馈控制系统,FT,前馈补偿器,6,前馈控制系统框图,G,PD,(s),G,PC,(s),7,前馈控制的补偿原理,8,前馈控制的特点,“,基于扰动来消除扰动对被控量的影响,”,，又称为,“,扰动补偿,”,；,扰动发生后，前馈控制,“,及时,”,动作；,属于开环控制，只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定；,只适合于,可测不可控,的扰动；,控制规律取决于被控对象的特性；,一种前馈控制只能克服一种扰动。,9,（,1,）可测：扰动量可以通过测量变送器，在线地将其转换为前馈补偿器所能接受的信号。,（,2,）不可控：扰动量与控制量之间的相互独立性，即控制通道的传递函数与扰动通道的传递函数,无关联,，从而,控制量,无法改变,扰动量,的大小。,10,前馈控制的局限性,完全补偿难以实现：扰动通道和控制通道的数学模型很难准确求出；即使求出，工程上难以实现。,只能克服,可测不可控,的扰动,11,前馈控制系统的结构形式,单纯的前馈控制系统,前馈,-,反馈控制系统,前馈,-,串级控制系统,12,前馈,-,反馈复合控制系统,13,补偿器数学模型,14,结构一的数学模型,15,结论,2.,只要对主要干扰进行前馈补偿，其它干扰由反馈控制予以校正。,16,结构之二,17,补偿器数学模型,18,工业应用：加热炉前馈,-,反馈控制,FT,TT,19,分析,20,前馈,-,串级复合控制系统,典型结构框图：由于串级控制系统对进入副回路的扰动影响有较强的抑制作用，所以前馈控制主要克服一次扰动。,21,前馈控制模型,22,23,工业应用：加热炉温度控制系统,FT,TT,FT,24,习题,5.11,25,26,确定控制器的正反作用形式,先研究副调节器,27,再研究主调节器,28,习题,5.12,画出结构图,;,串级控制是由内外两个反馈回路所组成，而前馈,-,反馈控制是由一个反馈回路和另一个开环的补偿回路叠加而成；,29,串级控制中的副参数是反映主被控变量的中间变量，控制作用对它产生明显的调节效果；而前馈,-,反馈控制中的前馈输入量是对主被控变量有显著影响的干扰量，是完全不受控制作用约束的独立变量；,30,a,图的框图,31,b,图的框图,32,前馈控制的选用与稳定性,实现前馈控制的必要条件是扰动量的可测及不可控性,（,1,）可测：扰动量可以通过测量变送器，在线地将其转换为前馈补偿器所能接受的信号。,（,2,）不可控：扰动量与控制量之间的相互独立性，即控制通道的传递函数与扰动通道的传递函数,无关联,，从而,控制量,无法改变,扰动量,的大小。,33,前馈控制的选用与稳定性,前馈控制系统的稳定性,（,1,）前馈控制是开环控制，只要各环节是稳定的，系统就是稳定的；,（,2,）前馈,-,反馈、前馈,-,串级系统，只要反馈或串级系统是稳定的，则相应的前馈,-,反馈、前馈,-,串级控制系统也一定稳定；,（,3,）无自平衡能力的生产过程，通常不能单独使用前馈控制。,34,前馈控制系统的工程整定,前馈控制模型是由过程扰动通道和过程控制通道决定的，但准确获取过程扰动通道和过程控制通道的传递函数通常很困难，所以理论整定难以进行，目前广泛采用的是工程整定法。,参见教材,P138-142,。,35,前馈控制系统的实施,相当数量的工业对象都具有非周期性与过阻尼的特性，经常可用一个一阶或二阶容量滞后，必要时再串一个纯滞后环节来近似。,36,37,38,动态特性,具有超前特性，适合于控制通道滞后大于干扰通道滞后,具有滞后特性，适合于控制通道滞后小于干扰通道滞后,39,实现办法,40,大滞后补偿控制,大滞后带来的影响,大滞后过程的预估补偿控制,增益自适应的预估补偿控制,41,大滞后带来的影响,由于过程控制通道中纯滞后的存在，被控量不能及时反映系统承受的扰动。,扰动量影响的反映要依靠被控参数的检测，由于滞后的存在，反映时间滞后，因而开始调节的时间也滞后,调节不及时。,过程会产生明显的超调量和较长的调节时间。（原因是调节不及时）,42,大滞后的界定与控制方案,43,大滞后过程的预估补偿控制,基本思想：按照过程特性，预估出一种模型加入到反馈控制系统中，以补偿过程的动态特性。,44,Smith,预估补偿控制,45,46,Smith,预估补偿控制系统,47,Smith,预估补偿控制等效框图,48,49,50,Smith,补偿的实现,用近似数学模型模拟纯滞后环节,帕德一阶和二阶近似式,51,帕德一阶近似式,52,帕德二阶近似式,53,帕德近似式的实现,54,55,Smith,补偿控制系统框图,56,Smith,预估补偿控制存在的问题,57,增益自适应预估补偿控制,A/B,58,加热炉温度预估补偿控制,轧钢车间加热炉多点平均温度反馈控制系统,系统主要配置：,六台设有断偶报警装置的温度变送器、三台高值选择器、一台加法器、一台,PID,调节器和一台电,/,气转换器,59,加热炉温度反馈控制系统流程图,TT1,TT2,TT3,TT4,TT5,TT6,60,系统简介,61,62,63,Smith,预估补偿控制方案,Smith,预估补偿器,64,Smith,预估补偿控制分析,65,66,67,增益自适应补偿控制方案,TT1,TT2,TT1,TT2,TT1,TT2,68,等效框图,69,增益自适应,PID,控制的实现,70,71,调节器比例增益的自动修改,72,73,74,75,76,77,78,79,80,