《前馈控制系统》PPT课件

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,*,*,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,*,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,*,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,*,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,*,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,*,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,*,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,*,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,*,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,*,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,*,过程控制系统及工程,第,5,章 前馈控制系统,前馈控制系统,5.1,前馈控制系统的特点,5.2,前馈控制系统的几种主要结构形式,5.3,前馈控制规律的实施,5.4,前馈控制系统的应用,5.5,前馈控制系统的参数整定,5.6,多变量前馈控制,实验：前馈控制系统实验,第,5,章,5.1,前馈控制系统的特点,用加热载体的流量控制被加热流体的温度,-,滞后控制,前馈控制,-,按干扰进行控制的开环控制方式,(a),反馈控制方案,FBC,例子：,换热器温度控制,TC,F,Fs,1,按干扰量的变化来提前补偿其对被控变量的影响,-,超前控制,换热器进料量为出口温度的主要干扰量，可通过流量测量，,通过前馈装置，控制阀门，即用蒸汽变化补偿由于进料流,量变化对出口温度的影响。,（,b,）前馈控制方案,FFC,5.1,前馈控制系统的特点,G,ff,F,Fs,1,5.1,前馈控制系统的特点,1,t,F,前馈控制系统的补偿过程,5.1,前馈控制系统的特点,前馈控制系统的特点,（,1,）,按干扰作用的大小进行控制,提前，控制及时,控制的依据,检测的信号,控制作用的,发生时间,反馈控制,前馈控制,被控变量的偏差,干扰量的大小,被控变量,干扰量,偏差出现后,偏差出现前,5.1,前馈控制系统的特点,（,2,）,前馈控制属于开环控制,G,PD,(s),G,PC,(s),G,ff,(s),1,F,图,5-3,系统方块图,开环控制，控制效果不能通过反馈验证，因此对控制器设计,的要求比较严格,对象,不象反馈控制通用,PID,算法，前馈控制算法依对象不同而不同。前馈控制器设计依据“扰动补偿理论”,5.1,前馈控制系统的特点,（,3,）,是一种根据对象特性设计的“专用”控制器,G,PD,(s),G,PC,(s),G,ff,(s),1,F,5.1,前馈控制系统的特点,（,4,）,一种前馈作用只能克服一种干扰,缺点,前馈控制系统,5.1,前馈控制系统的特点,5.2,前馈控制系统的几种主要结构形式,5.3,前馈控制规律的实施,5.4,前馈控制系统的应用,5.5,前馈控制系统的参数整定,5.6,多变量前馈控制,实验：前馈控制系统实验,第,5,章,5.2,前馈控制系统的几种主要结构形式,单纯的前馈控制系统,5.2.1,动态前馈控制,实现动态干扰补偿,静态前馈控制,实现稳定工况下的干扰补偿（要求没有动态那么高）,单纯的前馈控制系统,图,5-4,锅炉汽包三冲量控制,FC,LC,蒸汽量,D,液位,L,流量,F,静态前馈控制系统,例子,1,：,给水,蒸汽,单纯的前馈控制系统,对于较为简单的对象，可以写出静态方程式,G,ff,F,Fs,1,2,例子,2,：,Cp -,比热,hs -,蒸汽的 汽化潜热,单纯的前馈控制系统,图,5-5,换热器的静态前馈控制流程原理图,FC,1i,F,2,C,p,/h,s,开环不稳定对象，要在控制器设计时注意。,单纯的前馈控制系统,有时，为了提高动态品质，可在静态前馈基础上,适当加入动态环节,G,ff,D.F,S.F,K,1i,2,F,C,p,/h,s,单纯前馈控制要注意系统稳定性问题：,开环通道稳定，,FFC,稳定；,前馈,-,反馈控制系统,反馈、前馈取长补短，形成前馈,反馈控制方案（,FFCFBC,）,对主要干扰进行前馈控制,校正及时,对其它干扰进行反馈控制,反馈校正，多干扰控制,单纯前馈控制的局限性：,（,1,）不能根据偏差进行控制效果检验（不能反馈）而不断纠正偏差,（,2,）受模型精度影响,G,PD,(s),、,G,PC,(s),（,3,）一个前馈控制只能处理一个扰动,前馈,-,反馈控制系统,图,5-7,换热器,FFC-FBC,系统,+,G,ff,TC,F,S,F,1,FFC,按负荷,F,的变化校正蒸汽量,Fs,FBC,根据温度偏差，对蒸汽量,Fs,进行进一步校正。,FFC,与,FBC,作用叠加，又称复合控制系统。,前馈,-,反馈控制系统,图,58,典型,FFCFBC,系统方块图,G,PD,(s),G,C,(s),G,PC,(s),G,ff,(s),1i,1,F,前馈,-,反馈控制系统,G,PD,(s),十,G,ff,(s)G,PC,(s),0,应用不变性原理：,F(s)0,，,1,(s)0,代入上式中，即可推导出前馈控制器的传递函数：,FFC,FBC,系统实现完全补偿的条件是相同的,（,3,）有模型变化的适应能力,前馈,-,反馈控制系统,FFC-FBC,优点：,（,1,）,FFC,只需对主要干扰进行前馈补偿，其余,干扰由,FBC,完成,（,2,）由于,FBC,的偏差校正，对,FFC,的模型精度,要求降低,前馈,-,串级控制系统,同样对于上述换热器,FFC-FBC,系统，如果蒸汽流量不稳定，,无论,FFC,或,FBC,的效果都不能正常发挥,解决办法：串级控制,G,ff,+,TC,FC,F,S,F,图,5-9,换热器的前馈,-,串级控制系统,前馈,-,串级控制系统,G,PD,(s),G,ff,(s),G,C,(s),G,PC,(s),G,C2,(s),G,P2,(s),F,1i,1,前馈控制系统,5.1,前馈控制系统的特点,5.2,前馈控制系统的几种主要结构形式,5.3,前馈控制规律的实施,5.4,前馈控制系统的应用,5.5,前馈控制系统的参数整定,5.6,多变量前馈控制,实验：前馈控制系统实验,第,5,章,5.3,前馈控制系统的实施,工业应用希望控制规律能具有一定的通用性，便于控制实施（特别是仪表）,前馈控制规律取决于对象干扰通道和控制通道的,传递函数,工业对象特性复杂，导致前馈控制规律种类繁多，,不利于实施,5.3,前馈控制系统的实施,一般的工业对象可以用一阶容量滞后加纯滞后环节近似,如：,-K,+K,+,+,-,+,输入,输出,5.3,前馈控制系统的实施,K,f,K,1/(T,2,s+1),输入,+,+,K=T,1,/T,2,-1,输出,图,5-12,（,T,1,s+1,）,/,（,T,2,s+1,）实施框图,=T,1,/T,2,1,l,（输出）,m,f,T,1,T,2,超前特性,T,1,T,2,滞后特性,T,1,=T,2,比例特性,扰动变量的选择：,前馈控制是按扰动控制的，因此，扰动必须可测,如果扰动易控，可直接采用反馈控制系统来控制；,前馈控制针对单一扰动控制，因此，扰动应是主要扰动。,为克服其他扰动，通常采用前馈,-,反馈控制系统。,主要扰动无法落在串级控制的副环时，用前馈,-,反馈，可得到更好的控制效果。,前馈控制系统,5.1,前馈控制系统的特点,5.2,前馈控制系统的几种主要结构形式,5.3,前馈控制规律的实施,5.4,前馈控制系统的应用,5.5,前馈控制系统的参数整定,5.6,多变量前馈控制,实验：前馈控制系统实验,第,5,章,5.4,前馈控制系统的应用,（,1,）对象滞后较大，反馈难以满足要求，可把主要干扰进行前馈控制,（,2,）系统中存在可测、不可控的显著干扰,（,3,）工艺要求实现变量间特殊关系的控制,（,4,）经济性原则,什么情况下采用前馈控制：,T,2,C,T,1,C,G,ff,+,TC,燃油,燃油,原料油,原料油,(a),串级控制系统,(b),前馈,反馈控制系统,图,514,加热炉的两种控制系统,前馈,-,反馈与串级控制系统的区别：,5.4,前馈控制系统的应用,图,5,l 5,设计错误的串级控制系统,TC,FC,F,TC,FC,原料油,燃油,前馈控制系统,5.1,前馈控制系统的特点,5.2,前馈控制系统的几种主要结构形式,5.3,前馈控制规律的实施,5.4,前馈控制系统的应用,5.5,前馈控制系统的投运和参数整定,5.6,多变量前馈控制,实验：前馈控制系统实验,第,5,章,5.5,前馈控制系统的投运和参数整定,K,f,T,1,T,2,的整定,G,PC,G,C,G,ff,G,PD,D(s),1,2,X,Y,K,f,的整定,5.5,前馈控制系统的参数整定,方法,2,：闭环整定法：,2,开,1,闭,方法,1,：开环整定法：,断开反馈通道，单纯前馈控制，施加干扰，改变,Kf,，直到控制变量回到给定值,条件：反馈控制器必须有积分作用,开关,1,、,2,都闭合，做两次实验,K,f,的整定,方法,3,：前馈,反馈系统下,（,2,）在反馈整定好的基础上，施加相同的干扰量，,由小到大改变,Kf,，直到满意。,（,1,）先开,2,，纯反馈。,欠补偿,补偿合适,过补偿,T1,、,T2,的整定,T1 T2,属于动态参数的整定，比静态参数的整定复杂，无完整的工程整定方法和计算公式。,看曲线，调参数，反复试凑,T1,T2,T1T2,（输出）,m,f,T1,、,T2,的整定,T1,过小或,T2,过大，欠补偿，未能有效发挥前馈的补偿功能，图（,B,）。,T1,过大或,T2,过小，过补偿，控制品质差，图（,D,）,T1,和,T2,接近对象控制通道和干扰通道时间常数时，控制品质最佳，图（,C,）。,欠补偿比过补偿好些，安全，整定时，从欠补偿开始调整,C,D,B,A,定性分析：,另外一种方法：,（,1,）确定,T1,和,T2,哪个大,在静态整定后，使系统分别在反馈状态和前馈,反馈状态下运行，施加前馈扰动，通过控制过程曲线判断，,T1,、,T2,的整定,y,t,a,b,c,A,反馈曲线，,B,干扰通道,T2,控制通道,T1,T1,、,T2,的整定,（,2,）若,T1 T2,，取,T1,在,2 T2,附近，若,T1 T2,，取,T1,在,0.5 T2,附近，作为初值,（,3,）单纯前馈作用，施加阶跃干扰，观察曲线,图,5-20,前馈控制器动态参数的整定曲线,多输入,单输出、多输入,多输出,当被控过程的扰动不止一个，而它们变化幅度较大且频繁时，可采用多输入单输出的多变量前馈控制系统。,机理建立前馈控制模型,适用于简单的工艺对象,换热器,P104,图,5-21,线性叠加方法,MIMO,系统,5.6,多变量前馈控制系统,