最全前馈—反馈复合控制系统课设.docx

目录 TOC \o 1-5 \h \z \o Current Document 第二章.给水控制对象的动态特征 7 \o Current Document 第三章?给水自动控制系统的基本要求 11 \o Current Document 第五章.总结 24. \o Current Document 参考文献 24 - - PAGE # - 专业班级 自动化09-1 学号 01 姓名 李丰 成绩 前馈一反馈复合控制控制系统 摘要 流量是工业生产过程中重要的被控量之一，因而流量控制的研究具有很 大的现实意义。锅炉的流量控制对石油、冶金、化工等行业来说必不可少。 本论文的目的是锅炉进水流量定值控制，在设计中充分利用自动化仪表技 术，计算机技术，自动控制技术，以实现对水箱液位的过程控制。首先对被 控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。然后，根 据被控对象模型和被控过程特性并加入 PID调节器设计流量控制系统，采用 动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。同时，通过对实际控制的结果进 行比较，验证了过程控制对提高系统性能的作用。随着计算机控制技术的迅 速发展，组态技术开始得到重视与运用，它能够很好地解决传统工业控制软 件存在的种种问题，使用户能根据控制对象和控制目的任意组态，完成最终 的自动化控制工程。 关键词：流量定值；过程控制；PID调节器；前馈控制；系统仿真 第一章?前馈控制系统 1.前馈控制系统的组成 在热工控制系统中，由于被控对象通常存在一定的纯滞后和容积滞后，因而 从干扰产生到被调量发生变化需要一定的时间。 从偏差产生到调节器产生控制作 用以及操纵量改变到被控量发生变化又要经过一定的时间， 可见，这种反馈控制 方案的本身决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定植之前， 从 而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。考虑到偏差产生的直接原因是干 扰作用的结果，如果直接按扰动而不是按偏差进行控制， 也就是说，当干扰一出 现调节器就直接根据检测到的干扰大小和方法按一定规律去控制。 由于干扰发生 后被控量还未显示出变化之前，调节器就产生了控制作用，这在理论上就可以把 偏差彻底消除。按照这种理论构成的控制系统称为前馈控制系统，显然，前馈控 制对于干扰的克服要比反馈控制系统及时的多。 从以上分析我们可以得出如下结论： 若系统中的调节器能根据干扰作用的大 小和方向就对被调介质进行控制来补偿干扰对被调量的影响， 则这种控制就叫做 前馈控制或扰动补偿。 前馈控制系统的工作原理可结合下面图 1所示的换热器前馈控制进一步说 明，图中虚线部分表示反馈控制系统。 换热器是用蒸汽的热量加热排管中的料液，工艺上要求料液出口温度 円一 定。当被加热水流量发生变化时，若蒸汽两不发生变化，而要使出口温度保持不 变，就必须在被加热水量发生变化的同时改变蒸汽量。 这就是一个前馈控制系统。 图中虚线所示是反馈控制的方法，这种方法没有前馈控制及时。 图1前馈控制系统的原理框图于图2所示。 - - PAGE # - 图中，kB :测量变送器的变送系数； WDz(s):干扰通道对象传递函数； Wd(s):控制通道对象传递函数； Wb(s):前馈控制装置或前馈调节器的传递函数。 2前馈控制系统的特点 理想的情况下，针对某种扰动的前馈控制系统能够完全补偿因扰动而引起的 对被调量的影响。实现对干扰完全补偿的关键是确定前馈控制器(前馈调节器) 的控制作用，显然WB (s)取决于对象控制通道和干扰通道的特性。 由图2可得： Y (s) = [ Wdz (s) + Kb Wb (s) Wd (s)] Z (s) (1) 令 Kb = 0 贝U 有： 竺=Wdz (s) + Wb (s) Wd (s) Z(s) (2) 式中：Z(s)是干扰引起的输出。在理想的情况下，经过前馈控制以后，被调量 不变，即实现了所谓“完全补偿”，此时： 丫^二Wdz (s) + Wb(S) Wd(S)= Z(s) 0 所以，前馈控制器的控制规律为：Wb(S^ -Wd^(S) Wd (s) (3) 上式说明前馈控制的控制规律完全是由对象特性决定的， 它是干扰通道和控 制通道传递函数之商，式中负号表示控制作用的方向与干扰作用相反。 如果Wdz (s)和 Wd(S)可以很准确测出，且Wb(S)完全和上式确定的特性 一致，则不论干扰信号是怎样的形式，前馈控制都能起到完全控制的作用， 使被 调量因干扰而引起的动态和稳态偏差均是零。 复合控制系统特性分析 正如前面所指出的那样，前馈控制能依据干扰值的大小在被调参数偏离给定 值之前进行控制，使被调量始终保持在给定值上。这样一个看起来相当完美的控 制方式也有其局限性。首先表现在前馈控制系统中不存在被调量的反