第五章前馈控制和反馈控制4.ppt

前馈控制系统 内 容 前馈控制的由来与原理 静态前馈控制系统 前馈控制系统的动态补偿 前馈反馈控制系统 结论 一、基本原理及特点 问题：过程特性决定了它被控制的难易，一个本性难控的过程具有Kf大、TfTo、τo/To大的特点，难控过程受到较大扰动后，反馈控制的效果将不令人满意。下面分析其原因，并讨论相应对策。 一、基本原理及特点 一、基本原理及特点 一、基本原理及特点 前馈不变性原理 不变性指控制系统的被控变量不受扰动变量变化的影响 动态不变性：在扰动d(t)的作用下，被控量y(t) 在整个过渡过程中始终保持不变，称系统对于扰动d(t)具有动态不变性，即Y(s)/D(s) = 0,（调节过程的动态和稳态偏差均为零，”理想情况“）。 稳态不变性：在干扰d(t)作用下，被控量y(t)的动态偏差不等于零，而其稳态偏差为零，即Y(0)/D(0) = 0，或者说y(t) 在稳态工况下与扰动量d(t)无关。 一、基本原理及特点 前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制及时 前馈控制属于开环控制，反馈控制属于闭环控制 前馈控制采用的是由对象特性确定的专用控制器 二、前馈控制系统的几种结构形式 静态前馈 动态前馈 前馈反馈控制系统 多变量前馈控制 用计算机实施前馈控制 静态前馈控制 在实际中一般只要求在稳态下实现对扰动的补偿，令s=0，就可得静态前馈控制算式。 Kpd和Kpc分别为干扰通道和控制通道的静态增益，可以用实验或静态方程得到。 控制目标：保证过程输出在稳态下补偿外部扰动的影响，即实现“稳态不变性”。 动态前馈控制 静态前馈系统简单，容易实现，可以保证在稳态时消除扰动的影响，但在动态过程中偏差仍然存在。 当控制通道和干扰通道的动态特性差异较大时，必须加动态前馈补偿。 动态前馈的实现是基于绝对不变性原理 静态前馈是动态前馈的一种特殊情况，动态前馈可以看做是静态前馈和动态补偿的两部分组成，他们结合在一起使用，可以进一步提高控制过程的动态品质。 换热器的前馈控制器 换热器的前馈控制器 三、前馈反馈控制系统 前馈控制与反馈控制的比较 前馈—反馈控制系统优点 换热器的前馈反馈控制方案1 换热器的前馈反馈控制方案2 结 论 引入前馈控制的可能应用场合： （1）主要被控量不可测； （2）尽管被控量可测，但控制系统所受的干扰严重， 常规反馈控制系统难以满足要求。 应用前馈控制的前提条件： （1）主要干扰可测； （2）干扰通道的响应速度比控制通道慢，至少应接近； （3）干扰通道与控制通道的动态特性变化不大。 * * ⒊开环控制 ⒊扰动产生频率过高，将使系统振荡； ⒉针对较大可测和不可控的扰动采取措施，使被控变量在扰动下基本不变 ⒉反馈控制器不会区别偏差产生的原因，只是减少偏差，直到趋近“0”； ⒈将扰动克服在被控变量偏离设定值之前 ⒈本性难控过程克服扰动的稳定时间长产生偏差大； 相应措施 原因 “前馈控制方案” 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。 前馈控制思想：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。 前馈控制定义：是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化，并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使被控变量维持在设定值上。例如，我们以换热器前馈控制系统来说明其方案控制过程 反馈控制方案 前馈控制方案 一、基本原理及特点 换热器控制方案举例 本例中，d (t)、u (t)、y (t) 分别表示工艺介质流量（外部干扰）、蒸汽流量（控制变量）与工艺介质的出口温度（被控变量）；GFF(s)为前馈控制器的动态特性；GYD(s)、GYC(s)分别为干扰通道与控制通道的的动态特性。 控制目标：D(S)≠0时，要求Y(S)=0 t Y(t) yc D(t) yd ΔD 换热器前馈控制方块图 静态前馈控制器 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。） 前馈控制系统 局限性 ①对象动态特性形式多样难以精确测量 ②工业对象存在多个扰动，若均设置前馈控制器，投资高，工作量大。 ③补偿结果没有检测手段 ④受前馈控制模型精度限制 ⑤实现前馈控制算法，往往作近似处理 “前馈-反馈控制系统” 反 馈 控 制 前 馈 控 制 对时变与非线性对象的适应性与鲁棒性强 对通道模型要求弱，大多数情况无需各道模型 系统可感受所有影响输出的扰动 闭环调节，存在稳定性问题 按偏差控制，存在偏差才能调节，（滞后调节） 被控量直接可测 对时变与非线性对象的适应性弱 对于干扰与控制通道的动态模型，要求已知而且准确 开环调节，无稳定性问题 超前调节，可实现系统输出的不变性（但存