基于补偿原理的控制系统黄

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,*,第六章 基于补偿原理的控制系统,其他反馈控制的缺点：,无法将干扰克服在被控制量偏离设计值之前。,被控对象总是存在一定的纯滞后和容量滞后，故限制了控制作用的充分发挥。,6.1,概述,1、问题的提出,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下无关,几种不变性,绝对不变性,误差不变性,稳态不变性,选择不变性,基于不变性原理,组成的自动控制系统成为,前馈控制系统,6.2.1 基本概念,6.2,前馈控制,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，控制器就产生了控制作用。,这种,前馈控制系统,对干扰的克服要比反馈控制系统及时得多。,1、技术思路,例6.1 锅筒锅炉水位控制系统,I,G,*,=I,D,+I,L,-5.0,I,D,I,G,*,I,L,I,G,图6.3 前馈控制系统,(1)、,检测,：前馈控制测干扰；反馈控制测被控量。,(2)、,效果,：克服干扰，前馈控制及时，理论上可实现完全补偿；反馈控制不及时。,(3)、,经济性,：克服干扰，前馈控制只能一对一，不如反馈控制经济。,(4)、,稳定性,：前馈为开环，不存在此问题；反馈则不同，稳定性与控制精度是矛盾的。,2、前馈与反馈的比较,控制器的输出仅仅是输入F的函数，与时间t无关。,在图4-12中，令前馈控制器传函满足下式即可：,6.2.2 静态前馈控制,静态前馈的含义,例6.2 列管换热器的前馈控制,其中M,a,为扰动量，T,2,为出口温度，W,O,(s)为控制通道的传递函数,W,f,(s)为前馈通道的传递函数,W,d,(s)为干扰通道的传递函数。,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灵敏的系统。（不变性原理）,前馈控制与数学模型的关系,二、动态前馈控制,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；而且能有效抑制动态偏差。,1、问题及办法,2、原理：,如下图，其中G,ff,(S)非纯比例环节。,1） 动态补偿器设计,2） 简单动态补偿器：导前-滞后环节,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。,只适用于控制精度要求很高、反馈与静态前馈难于满足时。,6.2.4 前馈-反馈控制系统,亦称为前馈-反馈控制系统。,1、方法的提出,前馈控制是有局限性的：, 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；, 一个固定的前馈模型难以获得良好的控制质量。,3、特点及适用性,前馈-反馈控制系统方框图,复合控制的,好处,：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给予检验的长处。,2、组成原理及结构图:,当负荷,变化时,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( 如物料进口温度、蒸汽压力等),3、特点, 实现前馈控制作用的完全补偿的条件不变。（令Y(s)/F(s)=0即可。）, 不会因引入前馈控制而影响反馈控制的稳定性。,4、前馈-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、温度速度快的特点。,因而是前馈控制中广泛应用的控制系统。,为了保证前馈控制的精度，常希望控制阀灵敏、线性等；,采用串级控制系统可满足以上要求。,四、前馈-串级控制系统,1、方法的提出,2、原理与结构图,3、应用举例：,思考题,1、前馈控制有哪几种主要型式？,2、前馈控制与反馈控制各有什么特点？,3、为什么一般不单独使用前馈控制方案？,