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2.2 前馈控制系统 前馈基本原理：对设定值、可测干扰的变化，根据其变化量的大小 改变控制作用，使系统达到平衡。 2.2.3 前馈控制系统的设计 2.2.4 前馈控制系统的实施 2.2.5 前馈控制系统在锅炉汽包液位控制中的应用 非线性动态前馈控制器的步骤： 按物料平衡和能量平衡求取对象静态特性（一般为非线性关系)，进而求取静态前馈模型（一般为非线性模型）。 逐个测取对象各通道动态特性，并将它分成“静态部分”和“动态部分”。 将静态前馈模型中的非线性环节线性化。 在线性化后的静态前馈模型基础上，结合对象各通道的“动态部分”，按“全补偿”要求，添加动态补偿环节。 将线性化处理后的环节恢复成原有的非线性环节。 * * 2.2.1 基本原理 存在的问题：对大扰动或大滞后系统效 果不理想 { { 干扰 可测 外作用 设定值 不可测 TT 101 TC 101 出口 温度 反馈控制：偏差 调节 操纵变量 调节 偏差 影响系统输出 外作用 干扰 设定值 受控 变量 解决的方法：控制作用(操纵变量)采用 外作用的函数—测取进入过程的干扰 FT 101 出口 温度 Gf (s) ? 0 ? 0i 前馈控制系统的特点：按照干扰作用的大小进行调节，当某一干扰出现 后，调节器就对操纵变量进行调整，来补偿干扰对被控变量的影响。它 调节及时，并且不受系统滞后大小的限制。前馈调节器是开环控制系统， 前馈调节规律不能用PID，它是一种特殊的调节规律。 从理论上讲，前馈控制的这种理想效果反馈控制是无法实现的；反 馈控制是基于偏差进行调节的，在干扰作用下，受控变量要经历一个偏 离设定值的过程。 前馈控制适用于于4种场合： （1）滞后比较大的调节对象； （2）时间常数很小的对象； （3）非线性的调节对象； （4）按计算指标进行调节的对象。 Gm(s) 干扰F(s) Gc(s) 控制器 控制阀 受控对象 测量变送器 控制变量 U(s) 操纵变量 Q(s) 测量值Z(s) 受控变量Y(s) 设定值R(s) 偏差E(s) - Gv(s) Gp(s) 单回路控制系统方块图 前馈控制器 如图换热器控制 FT 101 出口 温度 ?0 ?0i 由?0i替换为?01 ， 静态前馈算式为 非线性前馈控制器 这种算式可以通过物料(或能量)衡算求得 令s→0，可得静态前馈控制算式： 由构成前馈控制系统的结构及前馈控制器的形式分为以下几种： 2.2.2 前馈控制系统的结构类型 在一些要求不是很精确的实际生产过程中，只要求在稳态下，实现 对扰动的补偿，即静态前馈控制。 1、静态前馈 2、动态前馈 当扰动通道和控制通道的特性差异较大，特别在对控制品质要求较高 时，采用静态前馈还不能满足要求，此时须考虑动态补偿。 主要是针对非线性静态前馈补偿后，如何添加动态补偿。 对于非线性系统，要通过非线性动态方程来求取动态前馈补偿器是比较困难的。工程上采用的方法是：在正常工况下通过实验的方法取得各通道的动态特性，添加到非线性静态前馈补偿上。 图中设计了流量控 制回路，其目的是使蒸 汽流量按前馈补偿器的 要求实现精确控制。 控制流程图 如右图所示 FT 101 TT 101 出口 温度 ? ? FC 102 FT 102 静态前馈装置 通过实验的方法，测得干扰通道和控制通道的传递函数，然后求得 前馈补偿器。（非线性动态前馈控制器的步骤） 3、前馈—反馈控制系统 从理论上讲，前馈控制可以做到完全补偿，得到较完善的控制效果， 但实际上并非如此。 ① 实际过程包含的扰动因素较多，设计前馈补偿器时不可能对所有 的扰动都设计前馈控制器，只能对主要的扰动设计补偿器，而未设计补偿 的扰动还会对生产过程产生影响。 主要有以下原因： 综合作用 ? 按上式可画出下图，利用了“叠加原理”，是受控过程的线性化近似描述。 ③ 前馈控制器是基于系统的数学模型得到的，任何模型的获得都是 在一定合理假设的基础上建立的机理模型、或是通过辨识系统的结构参数 而得到辨识模型；无论什么模型不可能绝对准确，即无法求得理想的补偿 器，因而造成补偿不完全。 ④ 补偿器从数学形式上看是两个传递函数的比值形式，若得到的结 果分子阶次高于分母，或前馈控制算式中含有超前环节或微分环节，在物 理上不可实现的，此时构成的控制器只能是一种近似结构，也不可能对干 扰进行完全补偿。 ⑤ 理想的前馈控制，对受控变量而言是开环的，无法检验补偿效果。 为了解决上述问题，引出前馈与反馈相结合的控制方案 ②