过程控制工程课件-05-前馈比值控制系统

前馈控制系统

FeedforwardControl于玲浙江大学控制系2011/04/03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；介绍了均匀控制的理念。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燃料油调节阀为气开阀PC控制器为反作用TC控制器为反作用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问题如果加热蒸汽压力波动导致控制效果不理想可否用串级？如果工艺介质流量波动导致控制效果不理想可否用串级？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！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前馈控制方案假设主要干扰为RF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。线性前馈控制方块图控制目标：开环动态前馈控制的可实现性可实现条件：（1）QFF(s)阶次≤PFF(s)阶次； （2）不满足条件时怎么办？可实现条件：（1）QFF(s)阶次≤PFF(s)阶次； （2）动态前馈控制的可实现性若条件（2）不满足，可人为令若条件（1）不满足，可令TDM=0，而GYD(s)与GYC(s)均用一阶+纯滞后近似。工业系统中常用的动态前馈控制器为举例：换热器的前馈控制稳态工作点：T1=20℃，RF=10T/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0~5T/hr和0~25T/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。）前馈控制与反馈控制的比较

前馈控制

反馈控制扰动可测，但不要求被控量可测被控量直接可测超前调节，可实现系统输出的不变性（但存在可实现问题）按偏差控制，存在偏差才能调节（滞后调节）开环调节，无稳定性问题闭环调节，存在稳定性问题系统仅能感受有限个可测扰动系统可感受所有影响输出的扰动对于干扰与控制通道的动态模型，要求已知而且准确对通道模型要求弱，大多数情况无需对象模型对时变与非线性对象的适应性弱对时变与非线性对象的适应性与鲁棒性强前馈反馈控制方案1前馈反馈控制方案2特点：可克服对象的非线性，或具有变增益控制器的功能。讨论引入前馈控制的可能应用场合：常规反馈控制系统难以满足要求；干扰可测。应用前馈控制的前提条件：主要干扰可测；调节阀与被测干扰之间没有因果关系；干扰通道的响应速度比控制通道慢，至少应接近；干扰通道与控制通道的动态特性变化不大。数字PID的实现比值控制

RatioControl于玲浙江大学控制系2011/04/03比值控制内容比值控制问题的由来；常用的比值控制方案与系统结构；流量比值与比值器参数的关系；变比值控制。溶液配制问题问题：假设NaoH用量QB和稀释水量QA可测并且QA可调。如果QB变化，如何调整以使稀释液NaoH的浓度为6~8%左右？解决方案：（1）出口浓度控制；（2）入口流量的比值控制（流量比值？）。流量比值控制问题要求：QA

/QB

=KAB（比值系数）而QB为主动流量，QA为可控量，要求设计一控制系统通过调节QA以实现上述比值控制目标。定比值控制方案单闭环比值控制系统双闭环比值控制系统比值器的设定1稳态条件:IA=I0假设流量测量变送环节为线性对象。对DDZIII型仪表,比值器的输入输出关系为令：稳态条件:比值器的设定1（续）比值器的设定2假设流量测量变送环节为非线性对象。对DDZIII型仪表,比值器的输入输出关系为乘法器的设定稳态条件:IA=

I0对DDZIII型仪表,乘法器的输入输出关系为变比值控制系统存在问题：物料A的流量回路存在非线性，当物料B的流量减少时，回路增益增大，有可能使系统不稳定，并可能出现“除零”运算。对DDZIII型仪表,除法器的输入输出关系为系统功能——变增益串级系统功能——前馈串级控制×综合练习说明每位同学任选1篇文献进行仿真研究，也可选多篇，但需以其中1篇为主文献。也可自行选