第六篇 利用补偿原理提高系统.ppt

在大多数情况下，只需要考虑主要的惯性环节，即实现部分补偿．通常采用简单的导前—滞后装置作为动态补偿器就可以满足要求．其传递函数为： 其增益为1, 只起动态补偿的作用. 由静态前馈装置保持静态准确性。由补偿后干扰通道和补偿通道关系有: τ1—导前时间；τ2—滞后时间 τ1 = Tp, τ2 =Td 换热器 Σ k Q θ1 θ2r θ1 + - x D* θ2 前馈控制 PI 阀 p + - 料液 蒸汽 换热器前馈控制系统方框图 换热器在前馈和反馈控制下的响应曲线 前馈控制的优越性: 与反馈控制相比, 控制质量好, 而且不会出现闭环控制系统中存在的稳定性问题. 在前馈控制系统中还不需要被调量的测量信号. 四 前馈-反馈控制系统 前馈控制系统的不足之处: 1) 静态准确性难保证 2) 前馈控制是针对具体的扰动进行补偿的, 一种前馈控制作用 可以将前馈控制和反馈控制结合起来, 构成前馈－反馈控制系统. 既利用了前馈控制作用及时的特点, 又保持了反馈控制能克服多个扰动和对被调量实现反馈检验的长处． 3) 对被调量无检验 要达到高度的静态准确性, 需要有准确的数学模型, 精确的测量仪表和计算装置, 而且, 模型中的系数也可能随运行条件而变化． 只能克服一种干扰. Gc(s) Gp(s) Gff(s) Gd(s) 前馈－反馈控制系统方框图 θ2r + - + + + + D θ2 典型的前馈－反馈控制系统 干扰通道 前馈补偿通道 反馈通道 系统的校正作用： Gc(s)+Gff(s) 控制系统是偏差控制和扰动控制的结合，也称为复合控制系统． 前馈—反馈控制系统对扰动完全补偿的条件与前馈控制时完全相同, 反馈回路中加入前馈控制对反馈调节器所需要整定的参数带来的变化不大. 但是反馈调节器所需完成的工作量大大减小, 而被调量的静态准确性(残差)总能够满足要求． 前馈控制器: 反馈控制: 其他干扰, 补偿前馈控制不准确引起的偏差 Q, θ1?D* 换热器 Σ k Q θ1 θ2r θ1 + - x D* θ2 前馈控制 PI PI 阀 p + + - - 换热器前馈－反馈控制系统 前馈－反馈控制的优点： 1) 增加了反馈回路，简化了前馈控制系统，只需要对主要干扰进行前馈补偿，其他干扰可由反馈控制予以校正。 2) 反馈回路的存在, 降低了前馈控制模型的精度要求． 3) 负荷或工况变化时, 对象特性也要变化, 可由反馈控制加以补偿, 具有一定的自适应能力． §6-3 大迟延系统 2) 迟延的形式 3) 迟延对控制系统的影响 ① 容积迟延 ② 纯迟延 纯迟延的存在, 使被调量不能及时反映系统所承受的扰动, 使过程产生超调, 延长了系统的调节时间,引起系统的不稳定, 严重时会引起生产事故, 危及人身和设备安全． 具有纯迟延的过程被公认为较难控制的过程, 其难控程度随着纯迟延τ的增加而增加 1) 大迟延 纯迟延时间τ与过程的时间常数T之比大于0.3, 即τ/T0.3 4) 解决方法 改进型常规控制: 具有通用性广等特点，目前较常用。 预估补偿: 原理上能消除纯延时对控制系统的动态影响， 但前提是具有被控过程的精确模型,工程上往往难以实现。 采样控制: 成本较低,但干扰加入的时刻对控制效果影响较大。 其他: 大林算法、卡尔曼预估算法、灰色预测控制等。 克服纯延时的几种常见方案 2) 利用常规调节器适应性强, 调整方便的特点, 经过仔细个别的调整, 在控制要求不太苛刻的情况下, 满足生产的要求 1) 在常规控制的基础上改动控制方案． 微分先行，中间反馈 微分先行: 只对测量值起微分作用的控制算法. 微分环节接在反馈通道中, 位于设定值与测量值的比较点之前, 故称微分先行. 在通常的PD或PID控制算法中, 微分控制作用是与偏差的变化速度成正比的, 不论设定值或测量值突然变化, 微分控制作用十分猛烈. 因此, 采用通常的PD或PID控制算法时, 设定值的调整必须比较和缓. 为了不受这种限制, 可以只对测量值起微分作用, 而测量值一般是不会突然变化的. 对象一般都具有惯性. 一 改进型常规控制 中间反馈控制方框图 三种控制方案在设定值扰动下过渡过程的比较见右图。 微分先行和中间反馈控制方案简单易行, 对降低超调量, 缩短调节时间有一定效果。 两方案都具有较大超调量, 响应速度慢. 如果在控制精度要求很高的场合, 不能满足要求, 需要采取其他控制手段, 如补偿控制. 二 采用补偿原理克服大迟延的影响 大迟延系统采用的补偿方法不同于前馈补偿, 它按照过程的特性设想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. 这种补偿反馈因构成模型的方法不同而形成不同的方案