第六章-前馈控制系统..pptVIP

人工智能 华中科技大学水电与数字化工程学院 不变性原理是自动控制理论中研究扼制和消除扰动对控制系统影响的理论。实际的控制系统都会受到外部扰动的影响。如果这种扰动能够被测量出来，就有可能利用它来产生控制作用，以消除其对输出的影响。这种设计原理就是不变性原理。 不变性原理由苏联学者Г.В.谢巴诺夫在1939年首先提出。40～50年代苏联学者Н.Н.卢津、Б.Н.彼德罗夫等对此进行了系统的研究，使之发展成为一整套完整的理论。在西方，C.D.约翰逊继苏联学者之后也独立地提出，在作用有外扰动的控制系统中，应当把控制分成两部分，一部分用来抵消扰动的作用，另一部分用来实现跟踪控制（使系统的状态按给定的规律变化），并建立了这种抵消扰动的理论。  如根据被加热的物料流量Q的变化信号，通过一个扰动补偿器来控制调节阀，就不必等待流量变化后反映到出口温度以后再去进行操作，而是根据流量的变化，立即对调节阀进行操作，甚至可以在出口温度还没有变化前就及时对流量的扰动补偿。 实现前馈作用的完全补偿的条件不变 ，即 另一种结构中， 实现完全补偿的条件为： 4、前馈串级复合控制系统 有的生产过程常受到多个变化频繁而又剧烈的扰动影响，而生产过程对被控参数的控制精度和稳定性要求又很高，这时可考虑采用前馈－串级控制系统。 系统对进入副回路的扰动影响有较强的抑制能力，而前馈控制能克服进入主回路的扰动。 另外，前馈控制器的输出不直接加在阀门上，而是作为副调节器的给定值，可降低对调节阀门特性的要求。 过程控制 前馈控制系统 大迟延系统 非线性增益补偿系统 1、不变性原理 u(t) y(t) … … f1(t) f2(t) fn(t) 被控对象中的基本扰动与外部扰动 6.1 前馈控制系统 一、基本概念 绝对不变性 调节过程的动态偏差和稳态偏差均为零 是一种理想的控制标准。 误差不变性 实际上是指准确度有一定限制的不变性，或说与绝对不变性存在一定误差?的不变性，又称为?不变性，可表示为： 当fi(t)?0时，|y(t)|?，i=1,2,…n 稳态不变性 被调量的动态偏差不等于零，而其稳态偏差为零 选择不变性 不变性原理是前馈控制的理论基础 2、反馈控制的特点 T2C T2T 蒸汽 冷物料 热物料 冷凝水 换热器 换热器温度的反馈控制 T1，Q D，pd 系统工作原理 主要干扰：加热物料的流量、温度、调节阀前的蒸汽压力等，最主要的是加热的物料流量Q。 反馈的本质是“基于偏差来消除偏差”。如果没有偏差出现，也就没有控制作用了。 无论扰动发生在哪里，总有等到引起被控量发生偏差后，调节器才动作，故调节器的动作总是落后于扰动作用的发生，是一种“不及时”的控制。 反馈控制系统，因构成闭环，故存在一个稳定性的问题。即使组成闭环系统的每一个环节都是稳定的，闭环系统是否稳定，仍然需要作进一步的分析。 引起被控量发生偏差的扰动，均被包围在闭环内，故反馈控制可消除多种扰动对被控量的影响。 反馈控制系统中，调节器的控制规律通常是P、PI、PD、PID等典型规律。 3、前馈控制的特点 前馈控制的特点 冷物料流量增加 热物料温度降低 热物料温度升高 扰动通道 控制通道 热物料温度不变 FffC 换热器流量的前馈控制 FffT 蒸汽 冷物料 热物料 冷凝水 换热器 T1，Q D，pd 前馈控制是“基于扰动来消除扰动对被控变量的影响”，故前馈控制又称为“扰动补偿”。 扰动发生后， 前馈控制器“及时”动作，对抑制被控量由于扰动引起的动、静态偏差比较有效。 前馈控制属于开环控制，所以只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定。 只适用于克服可测而不可控的扰动，而对系统中的其他扰动无抑制作用，因此，前馈控制具有指定性补偿的局限性。 前馈控制的控制规律，取决于被控对象的特性。因此，往往控制规律比较复杂。 4、前馈与反馈控制的比较 在过程受扰动的影响以后 在过程受扰动的影响以前 控制作用 超前－滞后环节 P,PI,PD,PID及开关 典型控制器 开环 闭环 控制系统组态 有时只能近似 可以和经济 控制规律的实现 被测扰动量 测量和设定之间的偏差 控制器输入 扰动量 被控变量 被测变量 不变性原理 反馈控制理论 设计原理 前馈控制 反馈控制 5、前馈控制系统的方框图 框图中，D(s)－扰动 ； Y(s)－被控量 Gd(s)－对象扰动通道传递函数 Gff(s)－前馈调节器 Gp(s)－对象传递函数 前馈调节器的传递函数可应用不变性原理定量地导出，其前馈控制系统框图为： Y(s) D(s) 两个传递通道：