第六章2010(免费阅读).ppt

1.串级控制技术 1) 串级控制系统的组成和工作原理 下图是一个原料气加热炉出口温度控制系统 当燃料压力y2(t)、原料气入口流量、温度、成分均不变时，上述控制关系较为简单，控制时只需根据e(t)=r1(t)-y1(t)，然后用PID进行控制即可。 但当燃料或煤气同时向其它炉子供应时，管道中的压力可能波动，因此燃料或煤气的流量随压力波动而变化，从而对出口原料气的温度造成扰动。而压力的波动到原料气出口温度的变化要经过管道的传输、炉膛的燃烧、加热管道的传热等一系列环节，这些环节具有惯性和纯迟滞后，从而使出口原料气的温度偏差加大，调节时间加长。所以上图的单回路负反馈控制难以获得理想的控制效果。 为此，通常采用燃油压力和原料气出口温度相结合的串级控制结构来解决。 下图是该系统的串级控制系统 2) 数字串级控制算法 上述的串级控制系统可用下面的结构来表示 2. 前馈—反馈控制技术 1) 前馈控制的工作原理 由于工业现场生产过程中控制对象中存在惯性和纯滞后，扰动N(s)作用于系统上，使被控量偏离给定值需要一定的时间，从控制量U(s)改变到被控量Y(s)发生了变化，也需要一定的时间。所以在负反馈控制系统中，从扰动作用产生到使被控量回到给定要求值需要相当长的时间。 所谓前馈控制，就是直接根据扰动进行控制，在理论上可以完全消除扰动引起的偏差。 仍以原料气出口温度控制系统为例 当入口的原料气流量由扰动时，由于系统的惯性和纯滞后，系统仍不能保证原料气出口温度。 为提高控制质量，可以加入前馈控制，测量入口原料气流量n(t)的情况，前馈调节器通过控制燃油调节阀，从而保证出口原料气的温度。 扰动作用于系统上，由于惯性和纯滞后，被控量尚未发生变化，前馈调节器就进行了补偿，如果补偿作用恰到好处，就可以完全消除扰动所产生的偏差。 其作用可用下图表示: 2) 前馈—反馈控制 下图是原料气出口温度的前馈—反馈控制系统 前馈—反馈控制系统的优点 1）在对主要扰动进行前馈控制的基础上，设置负反馈控制，从而将其它次要的扰动通过负反馈控制给与补偿，即简化了控制系统，又提高了控制性能； 3 )数字前馈—反馈的控制结构 前馈—反馈的控制框图 在负反馈控制系统中，当对象受到扰动N(s)的作用，被控量Y(S)偏离给定值时，调节器才会起控制作用，改变对象的输出，从而补偿扰动的影响。这种靠偏差E(s)来消除扰动影响的负反馈控制系统，控制作用U(s)总是落后于扰动的作用。 G (s) D (s) R (s) E(s) U (s) Y (s) N(s) §第六章复杂控制算法 常用多回路控制系统 §第六章复杂控制算法 常用多回路控制系统 温度调节器 温度测量 原料气入口 原料气出口温度y1(t) 燃油或煤气 调节阀 温度给定值r1(t) §第六章复杂控制算法 常用多回路控制系统 前馈调节器 流量测量 原料气入口 原料气出口温度y1(t) 燃油或煤气 调节阀 §第六章复杂控制算法 常用多回路控制系统 N(s) G (s) Dn(s) U (s) Y2 (s) Gn(s) Y1 (s) Y (s) G (s) Dn(s) U (s) U1(s) Y2 (s) N(s) Gn(s) Y1 (s) Un(s) U1(s)=0 前馈调节器 前馈通道传递函数 对象 §第六章复杂控制算法 常用多回路控制系统 为了便于分析扰动量的影响，假定由偏差产生的控制量u1=0，则有 (6-61) §第六章复杂控制算法 常用多回路控制系统 若要使前馈作用完全补偿扰动作用，则应使扰动引起的被控量变化为零，即Y(s)=0，因此完全补偿的条件为 (6-62) 由此可得前馈控制器的传递函数 (6-63) n(t) n t Y1(s) Y2(s) t 需要指出的是前馈调节器只对被前馈扰动量n(t)有补偿作用，而对未被引入前馈调节器的其它扰动量（如入口原料气温度、比热、成分的变化）没有任何补偿作用。因此，在实际系统中通常要与负反馈、串级控制结合一起，起到取长补短的作用。 §第六章复杂控制算法 常用多回路控制系统 前馈调节器 流量测量 原料气入口 原料气出口温度y1(t) 燃油或煤气 调节阀 温度调节器 温度测量 温度