前馈控制系统讲述.ppt

前馈控制系统介绍 主要内容 前馈控制系统的基本概念 前馈控制系统的控制类型 前馈控制系统的应用原则 基本概念 冷流体 F1，T1 热流体 F2，T2 P0，Fs 冷凝液 换热器工艺流程 换热器控制模型 控制要求：热流体出口温度T2稳定 被控变量：热流体出口温度T2 控制变量：蒸汽流量Fs 主要扰动：冷流体流量F1、 冷流体入口温度T1、 蒸汽压力P0 蒸汽 TC TT 设定温度T0 蒸汽 冷流体 F1，T1 热流体 F2，T2 P0，Fs 冷凝液 换热器反馈控制系统 反馈控制 反馈控制：指在被控变量偏离给定值后，依据偏差，控制器发出控制指令，补偿扰动对被控变量的影响。 反馈控制的特点 执行器 测量变送 对 象 反馈控制器 偏差 - 干扰 被控变量 反馈控制是基于偏差的控制。 当干扰发生时，如果被控变量尚未变化，偏差=0，控制器不会进行调节作用。 反馈控制总要滞后扰动，是一种不及时的扰动有偏差。 反馈控制属于闭环控制，存在稳定性问题，只要干扰存在，被控变量就不会稳定。 反馈控制器一般采用PID控制规律。 设定值 蒸汽 冷流体 F1，T1 热流体 F2，T2 P0，Fs 冷凝液 换热器前馈控制系统 FT 前馈控制器 前馈控制 前馈控制：当扰动一旦出现，调节器就会根据扰动的大小和性质进行控制，补偿扰动对系统的影响，使被控变量稳定。 前馈控制的特点 对象 测量变送器 干扰通道 执行器 -Y 干扰 被控变量 前馈调节器 Y 前馈控制器是通过测量扰动来消除扰动对被控变量的影响。 当干扰发生时，前馈控制器动作及时，通过前馈调节器改变的量刚好补偿干扰对对象的影响。 反馈控制属于开环控制，只要系统中各个环节稳定，控制系统必然稳定。 只适合于可测不可控的扰动。 前馈控制与反馈控制的比较 前馈基于干扰控制，反馈基于偏差控制。 对于抑制干扰，前馈比反馈要及时。 前馈属于开环控制系统，反馈属于闭环控制系统。 一种前馈控制只能控制一个干扰，反馈控制只用一个控制器就可以克服 多个干扰。 前馈控制使用的是与实施对象特性而定的专用控制器，反馈控制器采用通用PID控制器。 控制类型 单纯的前馈控制系统 前馈-反馈复合控制系统 前馈-串级复合控制系统 单纯的前馈控制系统 Gff(t) Gf(t) Go(t) X(t) Y(t) 前馈模型框图 X(t)：扰动量输入；Y(t)：被控量输出 Gf(t)：扰动通道传递函数； Gff(t)：前馈控制器传递函数（包括测量部分） Go(t)：控制通道传递函数（包含执行器） 单纯的前馈控制系统的缺点 补偿效果无法检验。 控制精度不高，受负荷和工况等因素影响。 若系统存在多个扰变量，需设置多个前馈控制通道，投资费用和维护量大。 反馈控制系统的优点 任何扰动对系统的影响都可消除。 控制精度高。 可以将反馈和前馈的优点结合，可以扬长避短。对主要扰动进行前馈控制，对其他干扰采用反馈控制，可以提高控制效果。 换热器前馈-反馈复合控制系统 Gff TC SP 输出Y： 热流体出口温度 输入X： 冷流体流量F1 当输入X变化时,通过前馈控制器Gff补偿扰动对输出Y的影响，同时反馈控制回路反馈其他干扰对输出Y的作用，并通过控制变量进行校正，这两个校正作用叠加，使Y尽快回到设定值。 前馈-反馈复合控制系统 前馈-反馈复合控制系统模型框图 Gff(t) Gf(t) Go(t) X(t) Y(t) 前馈-反馈模型框图 Gc(t) - SP ① ② Gc(t)：反馈传递函数 SP：被控变量设定点 ① ② 前馈-反馈复合控制系统的优点 由于增加了反馈回路，只需对主要干扰进行前馈控制，其它干扰由反馈控制加以校正，简化了原有前馈控制系统。 反馈控制的存在，降低了前馈控制对精度的要求。 系统负荷变化时，模型特性会发生变化，可由反馈系统加以补偿，因此系统具有一定的自适应能力。 前馈-串级复合控制系统 换热器前馈-串级复合控制系统 Gff TC SP1 Y X FC Fs 主回路通过温度调节器TC保证出口温度保持在设定值，副回路通过流量调节器FC调节蒸汽流量以克服蒸汽带来的扰动。 SP2 Gff(t) Gf(t) Go(t) X(t) Y(t) 前馈-串级模型框图 Gc(t) - SP1 Gb(t) 前馈-串级复合控制系统的特点 - ① ② Gb(t)：副回路反馈传递函数 前馈控制和反馈控制的叠加效果送到控制阀门（执行器），为了保证控制精度，对控制阀的要求很严格，利用串级副回路的特性，可以降低执行器的要求。 SP2 前馈控制系统应用原则 对象的滞后或纯滞后（控制通道）较大，反馈控制