过程控制工程课件_05_前馈比值控制系统.ppt

数字PID的实现 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DDZ III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DDZ III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DDZ III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DDZ III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。 也可自行选题，但选题内容必须与本课程相关。 报告的内容，文档的形式以及评分标准请参见绪论中的相关说明 无需全部重复文献中的仿真研究，可取文献中的部分内容进行以下研究(不限于这些研究) 将自己的控制算法用于文献中的模型 对比文献的算法与自己的算法 将文献的算法用于其它模型 * 这里要补充强调：串级系统的副回路要比主回路快。 * * 进行前馈补偿的干扰可能不止一个 * * * 红框中Rv的设定值是由T2的设定值计算出来的。这样当T1和Rf发生变化时Rv的设定值也发生变化，蒸汽调节阀调节使得Rv与新的设定值相等， 即用Rv的设定值带入平衡关系式，可得T2等于T2的设定值，也就是始终保持T2稳态时等于设定值。 * 反馈使前馈能克服其它干扰；前馈可看作是反馈控制器的一部分，它是非线性控制器，可补偿对象的非线性。 * 除法器可看作是输入为IA，输出为I0 这是一个变比值控制 前馈控制系统Feedforward Control 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=10 T/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 ~ 5 T/hr和0 ~ 25 T/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