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1、.,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,.,前馈控制的提出和基本概念,换热器工艺流程图,.,换热器控制要求,.,换热器温度反馈控制系统,TT,TC,.,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。,.,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
2、器,.,前馈控制系统框图,.,前馈控制的补偿原理,.,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。,.,（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。,.,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
3、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,.,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,.,前馈-反馈复合控制系统,.,补偿器数学模型,.,结构一的数学模型,.,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。,.,结构之二,.,补偿器数学模型,.,工业应用：加热炉前馈-反馈控制,FT,TT,.,分析,.,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。,.,前馈控制模型,.,.,工业应用：加热炉温度控制系统,FT,TT,FT,.,
4、习题5.11,.,.,确定控制器的正反作用形式,先研究副调节器,.,再研究主调节器,.,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；,.,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；,.,a图的框图,.,b图的框图,.,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
5、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。,.,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。,.,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
6、P138-142。,.,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。,.,.,.,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,.,实现办法,.,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,.,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
7、和较长的调节时间。（原因是调节不及时）,.,大滞后的界定与控制方案,.,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。,.,Smith预估补偿控制,.,.,Smith预估补偿控制系统,.,Smith预估补偿控制等效框图,.,.,.,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,.,帕德一阶近似式,.,帕德二阶近似式,.,帕德近似式的实现,.,.,Smith补偿控制系统框图,.,Smith预估补偿控制存在的问题,.,增益自适应预估补偿控制,A/B,.,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,.,加热炉温度反馈控制系统流程图,TT5,TT6,.,系统简介,.,.,.,Smith预估补偿控制方案,Smith预估补偿器,.,Smith预估补偿控制分析,.,.,.,增益自适应补偿控制方案,.,等效框图,.,增益自适应PID控制的实现,.,.,调节器比例增益的自动修改,.,.,.,.,.,.,.,.,