前馈、反馈、三冲量控制介绍

1、一前馈控制原理前面讨论的所有控制系统，都属于反馈控制系统，无论其系统结构如何，它们的调节回路的基本工作 原理都是一样的。下面要介绍的前馈控制系统则有着截然不同的控制思想。前馈控制思想及应用由来已久，但主要是由于技术条件的限制，发展较慢。随着计算机和现代检测技术的飞速发展，前馈控制正受到更多 的重视和应用。在反馈控制系统中，都是把被控变量测量岀来，并与给定值相比较；而在前馈控制系统中，不测量被控变量，而是测量干扰变量，也不与被控变量的给定值进行比较。这是前馈与反馈的主要区别。为了系统地说明前馈控制思想，同时也为了在比较中进一步加深对反馈控制思想的理解，画出图8-31进行比较分析图8-31两种加热

2、炉温度控制系统图8-31中的(a)是反馈控制，(b)是前馈控制。在前馈控制中，测量需要被加热的原油的流量，流 量偏大就增加燃料量，原油流量偏小就减少燃料量，以达到稳定原油岀口温度的目的。从动态过程分析, 当原油流量增大时，一段时间后，岀口温度会下降。但前馈测量岀原油流量的增加量，迅速增加燃料量 如果燃料增加的量和时机都很好，有可能在炉膛中将干扰克服，几乎不影响原油出口温度。如果该加热炉只存在原油流量这一个干扰，那么理论上讲，前馈控制可以把原油出口温度控制得很精 确，甚至被控变量一点也不波动。这就是前馈控制思想，也是前馈控制的生命力所在。二.前馈控制与反馈控制的比较通常认为，前馈控制有如下几个特

3、点：(I )是“开环”控制系统；(2) 对所测干扰反应快，控制及时；(3) 采用专用调节器；(4) 只能克服系统中所能测量的干扰。下面从几个方面比较前馈控制与反馈控制。画出图8-31两个控制系统的方块图如图8-32所示。(a)反馈控制(b)前馈控制图8-32两种加热炉温度控制系统方块图l .前馈是“开环”，反馈是“闭环”控制系统从图8-32可以看到，表面上，两种控制系统都形成了环路，但反馈控制系统中，在环路上的任一点, 沿信号线方向前行，可以回到岀发点形成闭合环路，成为“闭环”控制系统。而在前馈控制系统中，在环 路上的任一点，沿信号线方向前行，不能回到岀发点，不能形成闭合环路，因此称其为“开环

4、”控制系统2 .前馈系统中测量干扰量，反馈系统中测量被控变量在单纯的前馈控制系统中，不测量被控变量，而单纯的反馈控制系统中不测量干扰量。3 前馈需要专用调节器，反馈一般只要通用调节器由于前馈控制的精确性和及时性取决于干扰通道和调节通道的特性，且要求较高，因此，通常每一种 前馈控制都采用特殊的专用调节器，而反馈基本上不管干扰通道的特性，且允许被控变量有波动，因此， 可采用通用调节器。4 前馈只能克服所测量的干扰，反馈则可克服所有干扰前馈控制系统中若干扰量都不可测量，前馈就不可能加以克服。而反馈控制系统中，任何干扰，只要它影响到被控变量，都能在一定程度上加以克服。5 前馈理论上可以无差，反馈必定有

5、差如果系统的干扰数量很少，前馈控制可以逐个测量干扰，加以克服，理论上可以做到被控变量无差。而反馈控制系统，无论干扰的多与少、大与小，只有当干扰影响到被控变量，产生“差”之后，才能知道有了干扰，然后加以克服，因此必定有差。三、多冲量控制系统多冲量控制是在锅炉控制中沿用至今的一个习惯用语，这里的冲量就是指变量，多冲量就是多个变量。实际上在许多复杂控制系统中都涉及到多个变量，但均未称为多冲量控制。锅炉控制中所指的多冲量控制系统是特指锅炉汽包的液位控制系统，它实际上就是前馈-反馈控制系统，并不是与串级、分程等类型并列的一种控制系统。但由于锅炉汽包液位控制面广量大，较为重要，在此特别给予介绍。1 .单冲

6、量控制如图8-38所示是一个锅炉汽包液位的单冲量控制系统。显然，这是一个简单控制系统，可以用于蒸汽负荷较稳定、控制品质要求不高的场合。当蒸汽负荷变化频繁且幅度较大时，单冲量控制不能有效地进行控制。如蒸汽负荷突然增大许多时， 汽包内蒸汽压力突然下降，水中的气泡迅速增加，将液位“虚假”提高，造成“假液位”。控制系统按此“假液位”将给水阀门关小，致使汽包液位异常波动，严重时会造成事故。根据实际情况，负荷增加，应2 .双冲量控制系统根据前馈控制的思想，把蒸汽作为干扰，以这个干扰量的变化来控制给水量，构成前馈控制。蒸汽前 馈与原来的汽包液位反馈控制组成前馈一反馈控制系统，这里也称为双冲量控制系统。如图8-39所示。图中，当蒸汽负荷增大时，F增加，b增加，C减小，阀门开大，给水流量增加，能很好地克服蒸汽负 荷这个干扰，是前馈控制。LC仍然起原来单冲量控制系统的作用，液位增加，调节器输岀a增加，c增加,阀门关小，给水流量减小，汽包液位回降。在实际的锅炉系统中，供水压力也是一个主要的干扰源，供水压力变化时，将引起液位的波动，双冲 量控制也不够及时有效。因此，要增加给水流量的测量与控制系统。3 .三冲量控制如图