基于补偿原理的控制系统(黄)ppt课件

1、 第六章第六章 基于补偿原理的控制系统基于补偿原理的控制系统 其他反响控制的缺陷：其他反响控制的缺陷： 无法将干扰抑制在被控制量偏离设计值之前。无法将干扰抑制在被控制量偏离设计值之前。 被控对象总是存在一定的纯滞后和容量滞后，故被控对象总是存在一定的纯滞后和容量滞后，故限制了控制造用的充分发扬。限制了控制造用的充分发扬。 6.1 6.1 概述概述 不变性原理不变性原理 控制系统的被控量与扰动量绝对无关或者在一定准确度控制系统的被控量与扰动量绝对无关或者在一定准确度下无关下无关 几种不变性几种不变性 绝对不变性绝对不变性 误差不变性误差不变性 稳态不变性稳态不变性 选择不变性选择不变性 基于不变

2、性原理组成的自动控制系统成为前馈控制系统基于不变性原理组成的自动控制系统成为前馈控制系统 6.2.1 根本概念6.2 6.2 前馈控制前馈控制 直接按扰动而不是按偏向进展控制。直接按扰动而不是按偏向进展控制。 干扰发生后，被控量还未显现出变化之干扰发生后，被控量还未显现出变化之前，控制器就产生了控制造用。前，控制器就产生了控制造用。 这种前馈控制系统对干扰的抑制要比反这种前馈控制系统对干扰的抑制要比反响控制系统及时得多。响控制系统及时得多。1、技术思绪、技术思绪例例6.1 锅筒锅炉水位控制系统锅筒锅炉水位控制系统IG*=ID+IL-5.0IDIG*ILIG图6.3 前馈控制系统 (1) (1)

3、、检测：前馈控制测干扰；、检测：前馈控制测干扰；反响控制测被控量。反响控制测被控量。 (2)(2)、效果：抑制干扰，前馈控、效果：抑制干扰，前馈控制及时，实际上可实现完全补偿；制及时，实际上可实现完全补偿；反响控制不及时。反响控制不及时。 (3)(3)、经济性：抑制干扰，前馈、经济性：抑制干扰，前馈控制只能一对一，不如反响控制经控制只能一对一，不如反响控制经济。济。 (4)(4)、稳定性：前馈为开环，不、稳定性：前馈为开环，不存在此问题；反响那么不同，稳定存在此问题；反响那么不同，稳定性与控制精度是矛盾的。性与控制精度是矛盾的。2 2、前馈与反响的比较、前馈与反响的比较 控制器的输出仅仅是输控

4、制器的输出仅仅是输入入F F的函数，与时间的函数，与时间t t无关。无关。 在图在图4-124-12中，令前馈控中，令前馈控制器传函满足下式即可：制器传函满足下式即可：ofmmKKK) s (W 例6.2 列管换热器的前馈控制2121()()prsrQcDHDkQ由上式可得：其中其中MaMa为扰动量，为扰动量，T2T2为出口温度，为出口温度，WO(s)WO(s)为控制通道的传送函为控制通道的传送函数数,Wf(s),Wf(s)为前馈通道的传送函数为前馈通道的传送函数,Wd(s),Wd(s)为干扰通道的传送函数。为干扰通道的传送函数。 补偿过程如以下图所示。补偿过程如以下图所示。前馈控制与数学模型

5、的关系前馈控制与数学模型的关系二、动态前馈控制二、动态前馈控制 静态前馈控制只能有效抑制静态偏向；静态前馈控制只能有效抑制静态偏向； 动态前馈控制不但能有效抑制静态偏向；而且能有效抑制动态偏向。动态前馈控制不但能有效抑制静态偏向；而且能有效抑制动态偏向。 1 动态补偿器设计动态补偿器设计dffvpffY( )G (s)D(s)+G (s)G (s)G (s)D(s)Y(s)=0( )G (s)=-( )( )dvpsGsG s Gs令有2 简单动态补偿器：导前简单动态补偿器：导前-滞后环节滞后环节1ff21G (s)=-1ss 动态前馈控制能显著提高系统的控制质量，但动态前馈控制能显著提高系统

6、的控制质量，但构造和参数整定均比较复杂。构造和参数整定均比较复杂。 只适用于控制精度要求很高、反响与静态前馈只适用于控制精度要求很高、反响与静态前馈难于满足时。难于满足时。6.2.4 6.2.4 前馈前馈- -反响控制系统反响控制系统亦称为前馈亦称为前馈-反响控制系统。反响控制系统。 前馈控制是有局限性的：前馈控制是有局限性的： 对补偿结果无法检测；对补偿结果无法检测； 难以对每个干扰均设计一套前馈控制安装；难以对每个干扰均设计一套前馈控制安装； 一个固定的前馈模型难以获得良好的控制质一个固定的前馈模型难以获得良好的控制质量。量。前馈前馈-反响控制系统方框图反响控制系统方框图2 2、组成原理及

7、构造图、组成原理及构造图: : 当负荷变化时当负荷变化时 对于前馈控制未能完全消除的偏向，以及未对于前馈控制未能完全消除的偏向，以及未能引入前馈控制的其他干扰能引入前馈控制的其他干扰( ( 如物料进口温度、如物料进口温度、蒸汽压力等蒸汽压力等) ) ) s (W) s (W1) s (W) s (W) s (W) s (F) s (Yocomf 3 3、特点、特点 实现前馈控制造用的完全补偿的条件不变。实现前馈控制造用的完全补偿的条件不变。令令Y(s)/F(s)=0Y(s)/F(s)=0即可。即可。 不会因引入前馈控制而影响反响控制的稳不会因引入前馈控制而影响反响控制的稳定性。定性。 为了保证前馈控为了保证前馈控制的