工大过程控制26讲.pptx

1 4.2 前馈控制 前馈控制的概念早就为人们所熟知，由于人们对他的认识不足和自动化工具的局限性，因此在应用中出现了一些困难就被抛弃了，近年来，前馈控制又被重视起来。 4.2.1前馈控制的基本概念 反馈控制—按被控量的偏差进行控制，控制作用落后于 扰动，是不及时的控制 前馈控制—按照扰动量的大小进行控制，控制及时，但它 是开环控制。这是与反馈控制的基本区别。当扰 动一出现，就能根据信号去控制操纵量，及时 补偿扰动对被控量的影响 2 4.2.1前馈控制的基本概念 1．反馈控制的特点 例：换热器温度控制系统 原理示意图 系统框图 θ2热流体温度； θ1冷流体温度；q流体流量；qD蒸汽流量；pD蒸汽压力；TT温度测量； θ20 热流体温度给定值；TC温度调节器；Kv温度调节阀门。 3 4.2.1前馈控制的基本概念 当扰动发生后－－将引起热流体出口温度发生变化－－使其偏离给定值－－随之温度调节器按照被控量偏差值的大小和方向产生控制作用－－通过调节阀的动作改变加热用蒸汽的流量－－从而补偿扰动对被控量的影响。 负反馈过程： 4 4.2.1前馈控制的基本概念 1) 反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”。如果 没有偏差出现，也就没有控制作用了。 2) 是一种“不及时”的控制。 3) 构成闭环，存在一个稳定性的问题。 4) 反馈控制可消除多种扰动对被控量的影响。 5) 调节器的控制规律通常是P、PI、PD、PID等典型 规律。 负反馈特点： 5 4.2.1前馈控制的基本概念 2．前馈控制原理与特点 换热器前馈控制系统 框图 控制过程： 主要扰动－物料流量q ；变化频繁，变化幅值大，且对出口温度θ2的影响最为显著；通过测量物料流量q，并将流量信号送到前馈补偿器；前馈补偿器根据其输入信号，按照一定的运算规律操作调节阀门；从而改变加热用蒸汽流量qD ，以补偿物料流量q对被控温度的影响。 6 4.2.1前馈控制的基本概念 前馈控制系统框图 Wm(s)：前馈控制器的传函 Wf(s)：扰动通道的传函 W0(s)：过程控制器的传函 F(s)：扰动 Y(s): 被控参数 7 4.2.1前馈控制的基本概念 说明：扰动作用和前馈控制补偿装置依据扰动作用而产生的校正作用相互补偿，被控量在扰动作用下可保持不变。 前馈控制补偿的条件： 前馈控制器模型： 8 4.2.1前馈控制的基本概念 3.前馈控制器的局限性 （1）扰动必须是可测量的，扰动模型需很准确。 （2）只能克服一个扰动的影响（开环的），实际扰动不止一种。 （3）依据具体过程来确定。 过程控制通道特性的非线性及动态变化时，就不能完全补偿扰动的影响。 结论：前馈控制做到全补偿难以实现。 因此，在很多场合下，都是将前馈控制与反馈控制结合在一起，组成复合系统，可取的较好效果。 9 4.2.2前馈控制系统的结构类型 4.2.2前馈控制系统的结构类型 1.静态动态前馈控制 动态：如前所述即为动态前馈补偿 选用专用的前馈调节器，适用于较复杂的系统，对系统性能要求高的场合。 静态： Kf，K0——干扰通道，控制通道的静态放大倍数，用于静态补偿（P控制） 10 4.2.2前馈控制系统的结构类型 2.前馈—反馈复合控制系统 加热炉出口温度前馈－反馈控制 克服局限性，将前馈、反馈两者结合起来； 发挥了前馈作用可及时克服主要扰动对被控量影响的优点，又保持了反馈控制能克服多个扰动影响的特点； 降低系统对前馈补偿器的要求，使其在工程上易于实现； 被控量 燃料油 进料 扰动 11 4.2.2前馈控制系统的结构类型 当进料量发生变化时，不需要等到偏差出现，就可以及时改变燃油量，从而使温度偏差大为降低，提高控制质量。 一般前馈有两种结构方式： a) b) 12 4.2.2前馈控制系统的结构类型 分析a)： 单纯前馈控制 因此，前馈－反馈控制，扰动对被控量的影响为单纯前馈时的1/ 完全补偿条件 13 4.2.2前馈控制系统的结构类型 分析b)： 同样，扰动对控制量的影响也大大降低了 要实现完全补偿： 则前馈控制器为： 前馈控制器不但取决于扰动的特性和过程的特性， 还与反馈控制器的控制规律有关