过程控制中的前馈控制系统.pptVIP

2. 某前馈-串级控制系统如图所示。已知： 求：（1）绘出该系统方框图。（2）计算前馈控制器的数学模型。3）假定控制阀为气开式，试确定各控制器的正/反作用。 3. 判断系统类型 4. 在如图所示的锅炉三冲量液位控制系统中， 1）三冲量是指哪三个冲量？在图中画出控制系统流程图 2）画出其控制系统方框图； 3）从保护锅炉的角度，选择阀门开关型式； 4）在图中标明各环节传函的正负符号； 5）确定调节器的正反作用； 6）简述蒸汽负荷增大时和供水压力增加时系统分别如何进行调节。 5.分析系统 课前题目： (15分)如左下图所示为聚合釜温度控制系统。试问： （1）这是一个什么类型的控制系统？试画出它的方框图； （2）如果聚合釜的温度不允许过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开、气关型式； （3）确定主、副控制器的正、反作用； （4）简述当冷却水压力变化时的控制过程； （5）如果选择夹套内的水温作为副变量构成串级控制系统，请在右下图画出它的原理图，并确定主、副控制器的正、反作用。 练习题 下图所示的换热器采用蒸汽加热工艺介质，要求介质出口温度达到规定的控制指标。试分析下列情况下应选择哪一种控制方案，并画出带控制点的流程图与方块图。 （1）工艺介质流量GF 与蒸汽阀前压力PV 均比较稳定； （2）介质流量GF 比较稳定，但压力PV 波动较大； （3）蒸汽压力PV 比较稳定，但介质流量GF 波动较大。 * 这里要补充强调：串级系统的副回路要比主回路快。 * * * 进行前馈补偿的干扰可能不止一个 * * * 红框中Rv的设定值是由T2的设定值计算出来的。这样当T1和Rf发生变化时Rv的设定值也发生变化，蒸汽调节阀调节使得Rv与新的设定值相等， 即用Rv的设定值带入平衡关系式，可得T2等于T2的设定值，也就是始终保持T2稳态时等于设定值。 * 反馈使前馈能克服其它干扰；前馈可看作是反馈控制器的一部分，它是非线性控制器，可补偿对象的非线性。 前馈控制系统Feedforward Control 上一讲内容回顾 介绍了串级控制系统的概念与特点； 结合控制原理，具体分析了串级系统的抗干扰性能； 讨论了串级控制系统的设计原则； 介绍了串级控制系统的防积分饱和； 介绍了串级控制系统的投运。 课堂提问1 相比反馈控制，串级控制更有效抑制干扰，因此在控制方案选择时应首选串级控制？ 串级能够有效抑制副回路中的干扰，因此应选择能包含最多干扰的那个变量作为副变量？ 控制器的正反作用选择 课堂提问2 试分析串级控制为何能有效抑止二次扰动； 试分析串级系统为何能克服副对象和调节阀的非线性。 课堂提问3 课堂提问4 1、如果加热蒸汽压力波动导致单回路控制效果不理想，怎么办？ 2、如果工艺介质流量波动导致控制效果不理想，怎么办？ 内 容 前馈控制的原理 线性前馈控制的设计 非线性前馈控制 前馈反馈控制系统 换热器的反馈控制 假设主要干扰为RF，T1 单回路控制的仿真 采用串级控制？ 串级控制需要： 单回路控制不能满足要求； 可测量的副变量 副变量需要满足： 快速反应主要干扰的影响 干扰对副、主变量的影响具有因果关系 调节阀对副、主变量的影响具有因果关系 NO! 无法采用串级控制！ 换热器的前馈控制方案 前馈控制的思想 D1，……，Dn为可测扰动；u，y分别为被控对象的操作变量与受控变量。 前馈思想：在扰动还未影响输出以前，直接改变操作变量，以使输出不受或少受外部扰动的影响。 原理分析 根据不变性原理，当扰动F(s)变化时，对被控变量无影响，即与扰动变化无关 静态前馈和动态前馈 前馈控制分为静态前馈和动态前馈两类 假设 前馈控制器传递函数 举例：换热器的前馈控制 稳态工作点：T1=20℃，RF=10 T/hr，RV=2T/hr，Kv=800，T2=180℃。 假设：T2温度测量变送的量程为100-300℃，RV和RF的量程分别为0 ~ 5 T/hr和0 ~ 25 T/hr。 换热器的线性前馈控制 换热器的线性前馈控制（续） 采用阶跃响应方法测试各个环节的传递函数模型： 线性前馈控制的仿真 有余差 前馈加反馈控制 前馈＋反馈控制的仿真 非线性稳态前馈控制 稳态平衡关系： 非线性系统的动态前馈补偿 对于线性系统，动态前馈控制器可表示成静态与动态两部分： 对于非线性系统，上式中静态前馈部分可由对象的非线性静态模型计算得到，而动态部分同样可按线性对象处理。 非线性动态前馈控制器 动态前馈控制器 （g1(s)、g2(s)、g3(s)分别表示RVsp、T1、RF对系统输出T2的通道特性的动态部分。） ①在反馈控制的基础上，针对主要干扰进行前馈补偿。既提高了控制速度，又保证了控制精度