前馈控制系统课件

前馈控制前馈控制的提出和基本概念前馈控制系统的结构前馈控制的选用与稳定性前馈控制系统的工程整定前馈控制系统的工业应用前馈控制前馈控制的提出和基本概念1前馈控制的提出和基本概念换热器工艺流程图前馈控制的提出和基本概念换热器工艺流程图2换热器控制要求换热器控制要求3换热器温度反馈控制系统TTTC换热器温度反馈控制系统TTTC4反馈控制系统的特点反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”。是一种“不及时”的控制：无论扰动发生在哪里，总要等到被控量发生偏差后，调节器才开始调节，调节器的动作总要落后扰动作用的发生。存在“稳定性”问题：必须进行分析。对包围在环内的一切扰动量均能抑制。反馈控制系统的特点反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”。5前馈控制的原理与特点选择影响被控量，并且可测量的主要扰动，构成前馈控制系统FT前馈补偿器前馈控制的原理与特点选择影响被控量，并且可测量的主要扰6前馈控制系统框图GPD(s)GPC(s)前馈控制系统框图GPD(s)GPC(s)7前馈控制的补偿原理前馈控制的补偿原理8前馈控制的特点“基于扰动来消除扰动对被控量的影响”，又称为“扰动补偿”；扰动发生后，前馈控制“及时”动作；属于开环控制，只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定；只适合于可测不可控的扰动；控制规律取决于被控对象的特性；一种前馈控制只能克服一种扰动。前馈控制的特点“基于扰动来消除扰动对被控量的影响”，又称为“9（1）可测：扰动量可以通过测量变送器，在线地将其转换为前馈补偿器所能接受的信号。（2）不可控：扰动量与控制量之间的相互独立性，即控制通道的传递函数与扰动通道的传递函数无关联，从而控制量无法改变扰动量的大小。（1）可测：扰动量可以通过测量变送器，在线地将其转换为前馈补10前馈控制的局限性完全补偿难以实现：扰动通道和控制通道的数学模型很难准确求出；即使求出，工程上难以实现。只能克服可测不可控的扰动前馈控制的局限性完全补偿难以实现：扰动通道和控制通道的数学模11前馈控制系统的结构形式单纯的前馈控制系统前馈-反馈控制系统前馈-串级控制系统前馈控制系统的结构形式单纯的前馈控制系统12前馈-反馈复合控制系统前馈-反馈复合控制系统13补偿器数学模型补偿器数学模型14结构一的数学模型结构一的数学模型15结论2.只要对主要干扰进行前馈补偿，其它干扰由反馈控制予以校正。结论2.只要对主要干扰进行前馈补偿，其它干扰由反馈控制予以校16结构之二结构之二17补偿器数学模型补偿器数学模型18工业应用：加热炉前馈-反馈控制FTTT工业应用：加热炉前馈-反馈控制FTTT19分析分析20前馈-串级复合控制系统典型结构框图：由于串级控制系统对进入副回路的扰动影响有较强的抑制作用，所以前馈控制主要克服一次扰动。前馈-串级复合控制系统典型结构框图：由于串级控制系统对进入副21前馈控制模型前馈控制模型22前馈控制系统ppt课件23工业应用：加热炉温度控制系统FTTTFT工业应用：加热炉温度控制系统FTTTFT24习题5.11习题5.1125前馈控制系统ppt课件26确定控制器的正反作用形式先研究副调节器确定控制器的正反作用形式先研究副调节器27再研究主调节器再研究主调节器28习题5.12画出结构图;串级控制是由内外两个反馈回路所组成，而前馈-反馈控制是由一个反馈回路和另一个开环的补偿回路叠加而成；习题5.12画出结构图;29串级控制中的副参数是反映主被控变量的中间变量，控制作用对它产生明显的调节效果；而前馈-反馈控制中的前馈输入量是对主被控变量有显著影响的干扰量，是完全不受控制作用约束的独立变量；串级控制中的副参数是反映主被控变量的中间变量，控制作用对它产30a图的框图a图的框图31b图的框图b图的框图32前馈控制的选用与稳定性实现前馈控制的必要条件是扰动量的可测及不可控性（1）可测：扰动量可以通过测量变送器，在线地将其转换为前馈补偿器所能接受的信号。（2）不可控：扰动量与控制量之间的相互独立性，即控制通道的传递函数与扰动通道的传递函数无关联，从而控制量无法改变扰动量的大小。前馈控制的选用与稳定性实现前馈控制的必要条件是扰动量的可测及33前馈控制的选用与稳定性前馈控制系统的稳定性（1）前馈控制是开环控制，只要各环节是稳定的，系统就是稳定的；（2）前馈-反馈、前馈-串级系统，只要反馈或串级系统是稳定的，则相应的前馈-反馈、前馈-串级控制系统也一定稳定；（3）无自平衡能力的生产过程，通常不能单独使用前馈控制。前馈控制的选用与稳定性前馈控制系统的稳定性34前馈控制系统的工程整定前馈控制模型是由过程扰动通道和过程控制通道决定的，但准确获取过程扰动通道和过程控制通道的传递函数通常很困难，所以理论整定难以进行，目前广泛采用的是工程整定法。参见教材P138-142。前馈控制系统的工程整定前馈控制模型是由过程扰动通道和过程控制35前馈控制系统的实施相当数量的工业对象都具有非周期性与过阻尼的特性，经常可用一个一阶或二阶容量滞后，必要时再串一个纯滞后环节来近似。前馈控制系统的实施相当数量的工业对象都具有非周期性与过阻尼的36前馈控制系统ppt课件37前馈控制系统ppt课件38动态特性具有超前特性，适合于控制通道滞后大于干扰通道滞后具有滞后特性，适合于控制通道滞后小于干扰通道滞后动态特性具有超前特性，适合于控制通道滞后大于干扰通道滞后具有39实现办法实现办法40大滞后补偿控制大滞后带来的影响大滞后过程的预估补偿控制增益自适应的预估补偿控制大滞后补偿控制大滞后带来的影响41大滞后带来的影响由于过程控制通道中纯滞后的存在，被控量不能及时反映系统承受的扰动。扰动量影响的反映要依靠被控参数的检测，由于滞后的存在，反映时间滞后，因而开始调节的时间也滞后——调节不及时。过程会产生明显的超调量和较长的调节时间。（原因是调节不及时）大滞后带来的影响由于过程控制通道中纯滞后的存在，被控量不能及42大滞后的界定与控制方案大滞后的界定与控制方案43大滞后过程的预估补偿控制基本思想：按照过程特性，预估出一种模型加入到反馈控制系统中，以补偿过程的动态特性。大滞后过程的预估补偿控制基本思想：按照过程特性，预估出一种模44Smith预估补偿控制Smith预估补偿控制45前馈控制系统ppt课件46Smith预估补偿控制系统Smith预估补偿控制系统47Smith预估补偿控制等效框图Smith预估补偿控制等效框图48前馈控制系统ppt课件49前馈控制系统ppt课件50Smith补偿的实现用近似数学模型模拟纯滞后环节—帕德一阶和二阶近似式Smith补偿的实现用近似数学模型模拟纯滞后环节—帕德一阶和51帕德一阶近似式帕德一阶近似式52帕德二阶近似式帕德二阶近似式53帕德近似式的实现帕德近似式的实现54前馈控制系统ppt课件55Smith补偿控制系统框图Smith补偿控制系统框图56Smith预估补偿控制存在的问题Smith预估补偿控制存在的问题57增益自适应预估补偿控制A/B增益自适应预估补偿控制A/B58加热炉温度预估补偿控制轧钢车间加热炉多点平均温度反馈控制系统

系统主要配置：六台设有断偶报警装置的温度变送器、三台高值选择器、一台加法器、一台PID调节器和一台电/气转换器加热炉温度预估补偿控制轧钢车间加热炉多点平均温度反馈控制系统59加热炉温度反馈控制系统流程图TT1TT2TT3TT4TT5TT6加热炉温度反馈控制系统流程图TT1TT2TT3TT4TT5T60系统简介系统简介61前馈控制系统ppt课件62前馈控制系统ppt课件63Smith预估补偿控制方案Smith预估补偿器Smith预估补偿控制方案Smith预估补偿器64Smith预估补偿控制分析Smith预估补偿控制分析65前馈控制系统ppt课件66前馈控制系统ppt课件67增益自适应补偿控制方案TT1TT2TT1TT2TT1TT2增益自适应补偿控制方案TT1TT2TT1TT2TT1TT268等效框图等效框图69增益自适应P