《过程控制》 第十三章 前馈控制结构

Process Control Instrumentation Technology 主要内容 ◆前馈控制结构、特点、设计原理 ◆前馈控制系统的结构形式 ◆前馈-反馈复合控制系统 ◆前馈控制的设计原则 ◆时间滞后控制系统:改进的常规控制系统、 smih预估补偿方案、采样控制方案

Process Control & Instrumentation Technology 主要内容 ⧫前馈控制结构、特点、设计原理 ⧫前馈控制系统的结构形式 ⧫前馈-反馈复合控制系统 ⧫前馈控制的设计原则 ⧫时间滞后控制系统：改进的常规控制系统、 Smith预估补偿方案、采样控制方案

Process Control Instrumentation Technology 前馈控制结构 F Wus was wos ◆Wns)前馈控制器; ◆W(s)过程控制通道传递函数 W过程扰动通道传递函数

Process Control & Instrumentation Technology 前馈控制结构 ⧫Wm (s): 前馈控制器； ⧫Wo (s):过程控制通道传递函数； ⧫Wf (s):过程扰动通道传递函数

Process Control Instrumentation Technology 前馈与反馈控制点比较 ◆反馈控制的特点: ◆基于偏差来消除偏差; ◆“不及时”的控制 ◆存在稳定性问题; ◆对各种扰动均有校正作用; ◆控制规律通常是P、P、PD或PD等典型规律

Process Control & Instrumentation Technology 前馈与反馈控制特点比较 ⧫反馈控制的特点： ⧫基于偏差来消除偏差； ⧫“不及时”的控制 ； ⧫存在稳定性问题； ⧫对各种扰动均有校正作用； ⧫控制规律通常是P、PI、PD或PID等典型规律

Process Control Instrumentation Technology 前馈与反馈控制特点比较 ◆前馈控制的特点: ◆基于扰动来消除扰动对被控量的影响; ◆动作“及时”; 只要系统中各环节是稳定的,则控制系统必 然稳定; ◆具有指定性补偿的局限性; ◆控制规律取决于被控对象的特性

Process Control & Instrumentation Technology 前馈与反馈控制特点比较 ⧫前馈控制的特点： ⧫基于扰动来消除扰动对被控量的影响； ⧫动作“及时” ； ⧫只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必 然稳定； ⧫具有指定性补偿的局限性； ⧫控制规律取决于被控对象的特性

Process Control Instrumentation Technology 前馈控制器设计原理 ◆不变性原理是实现前馈控制的理论基础。 ◆“不变性”是指控制系统的被控量与扰动 量完全无关,或在一定准确度下无关

Process Control & Instrumentation Technology 前馈控制器设计原理 ⧫不变性原理是实现前馈控制的理论基础。 ⧫“不变性”是指控制系统的被控量与扰动 量完全无关，或在一定准确度下无关

Process Control Instrumentation Technology 馈横型 ◆由不变性原理决定的动态前馈控制器,是由被 过程扰动通道与控制通道特性之比决定的,即: w( W(s) ◆因实现了完全补偿,达到了被控量不受扰动影 响的控制效果。 ◆前馈模型的结构有时比较复杂,甚至难以实现

Process Control & Instrumentation Technology 前馈模型 ⧫由不变性原理决定的动态前馈控制器，是由被 过程扰动通道与控制通道特性之比决定的，即： ⧫因实现了完全补偿，达到了被控量不受扰动影 响的控制效果。 ⧫前馈模型的结构有时比较复杂，甚至难以实现。 ( ) ( ) ( ) W s W s W s o f M = −

Process Control Instrumentation Technology 前馈控制系统的几种结构形式 ◆静态前馈控制系统: ◆控制器采用比例控制,是前馈模型中最简单的形式 ◆动态前馈控制系统: ◆动态前馈的实现基于不变性原理; ◆动态前馈控制方案虽能显著地提高系统的控制品质, 但结构往往比较复杂; 需要专门的控制装置,系统运行、整定也比较复杂; 只有当工艺上对控制精度要求很高,其它控制方案 难以满足、且存在一个“可测不可控”的主要扰动 时,才考虑使用动态前馈方案

Process Control & Instrumentation Technology 前馈控制系统的几种结构形式 ⧫静态前馈控制系统： ⧫控制器采用比例控制，是前馈模型中最简单的形式。 ⧫动态前馈控制系统： ⧫动态前馈的实现基于不变性原理； ⧫动态前馈控制方案虽能显著地提高系统的控制品质， 但结构往往比较复杂； ⧫需要专门的控制装置，系统运行、整定也比较复杂； ⧫只有当工艺上对控制精度要求很高，其它控制方案 难以满足、且存在一个“可测不可控”的主要扰动 时，才考虑使用动态前馈方案

Process Control Instrumentation Technology 前馈控制的局限性 ◆前馈控制属于开环控制方式; ◆完全补偿难以满足,因为: ◆要准确掌握过程扰动通道特性W(s)及控制 通道特性W(s)是不容易的 ◆即使前馈模型Wn(s)能准确求出,有时工 程上也难以实现; ◆对每一个扰动至少使用一套测量变送仪表和 个前馈控制器,这将会使控制系统庞大而 复杂

Process Control & Instrumentation Technology 前馈控制的局限性 ⧫前馈控制属于开环控制方式； ⧫完全补偿难以满足，因为： ⧫要准确掌握过程扰动通道特性Wf（s）及控制 通道特性Wo（s）是不容易的； ⧫即使前馈模型Wm（s）能准确求出，有时工 程上也难以实现； ⧫对每一个扰动至少使用一套测量变送仪表和 一个前馈控制器，这将会使控制系统庞大而 复杂

Process Control Instrumentation Technology 前馈-反馈复合控制系统 ◆将前馈和反馈结合起来,既发挥了前馈作 用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 长处; ◆降低了系统对前馈补偿器的要求,使其在 工程上更易于实现

Process Control & Instrumentation Technology 前馈-反馈复合控制系统 ⧫将前馈和反馈结合起来，既发挥了前馈作 用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 长处； ⧫降低了系统对前馈补偿器的要求，使其在 工程上更易于实现

Process Control Instrumentation Technology 前馈控制的设计原则 ◆实现前馈控制的必要条件是扰动量的“可测及 不可控性”: ◆“可测”:指扰动量可以通过测量变送器,在线地 将其转换为前馈补偿器所能接受的信号。 ◆“不可控”:指这些扰动量难以或不允许通过专门 的控制回路予以控制,如生产中的负荷。 ◆扰动量变化频繁且幅值较大; ◆通常选用静态前馈-反馈控制方案即可得到满意 的控制效果

Process Control & Instrumentation Technology 前馈控制的设计原则 ⧫实现前馈控制的必要条件是扰动量的“可测及 不可控性” ： ⧫“可测”：指扰动量可以通过测量变送器，在线地 将其转换为前馈补偿器所能接受的信号。 ⧫“不可控”：指这些扰动量难以或不允许通过专门 的控制回路予以控制，如生产中的负荷。 ⧫扰动量变化频繁且幅值较大； ⧫通常选用静态前馈-反馈控制方案即可得到满意 的控制效果