武汉理工大学：《调节仪表与过程控制系统》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七、八章 前馈及复合控制系统、过程控制中的计算机应用

第七章前馈及复合控制系统 S7-1基本概念 1、问题的提出 其他反馈控制的缺点: ●无法将干扰克服在被控制量偏离设计值之前。 ●被控对象总是存在一定的纯滞后和容量滞后,故 限制了控制作用的充分发挥

第七章 前馈及复合控制系统 其他反馈控制的缺点： 无法将干扰克服在被控制量偏离设计值之前。 被控对象总是存在一定的纯滞后和容量滞后，故 限制了控制作用的充分发挥。 §7-1 基本概念

2、技术思路 ●直接按扰动而不是按偏差进行控制。 干扰发生后,被控量还未显现出变化之前,控制器 就产生了控制作用 这种前馈控制系统对干扰的克服要比反馈控制系统 及时得多 3、工作原理 向控齣器/(r) 反控制器以,() 加热燕气量 °用右 图针对 反馈控 进料量 且度 出温 制做比 冷凝木 较说明。 图5-1换热器前镄控制系统 上一页下一页 返回

2、技术思路 直接按扰动而不是按偏差进行控制。 干扰发生后，被控量还未显现出变化之前，控制器 就产生了控制作用。 这种前馈控制系统对干扰的克服要比反馈控制系统 及时得多

●补偿过程如下图所示。 其中M为扰动量,T2为出口温度,G(s)为控制通道的传递函 数,G(s)为前馈通道的传递函数,Ga(s)为千扰通道的传递函数 △Ma g d(s) b前作用 L-(+n(s) a扰动作用 7 2前馈控制系统的补偿过程 7-3换热器前馈控制系統方極图 可实现对扰动的完全补偿,使被控量成为对扰 动绝对不灵敏的系统。(不变性原理) 上一页下一页返回

补偿过程如下图所示。 其中Ma为扰动量，T2为出口温度，GO(s)为控制通道的传递函 数,Gf(s)为前馈通道的传递函数,Gd(s)为干扰通道的传递函数。 7 7 G ( s ) p G ( s ) d G (s) f

4、前馈与反馈的比较 (1)、检测:前馈控制测干扰;反馈控制测 被控量。 (2)、效果:克服干扰,前馈控制及时,理论上可 实现完全补偿;反馈控制不及时。 (3)、经济性:克服干扰,前馈控制只能 对一,不如反馈挫制经济 (4)、稳定性:前馈为开环,不存在此问题 反馈则不同,稳定性与控制精度是矛盾的。 上一页下一页 返回

4、前馈与反馈的比较 (1)、检测：前馈控制测干扰；反馈控制测 被控量。 (2)、效果：克服干扰，前馈控制及时，理论上可 实现完全补偿；反馈控制不及时。 (3)、经济性：克服干扰，前馈控制只能一 对一，不如反馈控制经济。 (4)、稳定性：前馈为开环，不存在此问题； 反馈则不同，稳定性与控制精度是矛盾的

s7-2前馈控制系的结构形式 静态前馈控制 静态前馈的含义 控制器的输出仅仅是输 D(s) 入F的函数,与时间t无关。 在图7-12中,令前馈控 G(s 制器传函满足下式即可: d (S)=D(SG,(s)+g(SG(S)D(s)=0 HG,(s) Y(s K G(s)=-k K 图712前馈控制系统框图

§7-2 前馈控制系统的结构形式 控制器的输出仅仅是输 入F的函数，与时间t无关。 在图7-12中，令前馈控 制器传函满足下式即可： p d f f K K G (s)  K   G (s) f G (s) p G (s) d D(s) 7 Y (s)  D (s)G (s)  G (s)G (s) D (s)  0 d f p

二动态前绩控制 1、问题及办法 静态前馈控制只能有效抑制静态偏差; ●动态前馈控制不但能有效抑制静态偏差;而且 能有效抑制动态偏差 2、原理:如右 D(s) 图,其中Gr(S)非 (S) 纯比例环节。 Gd( G,(s) Y〔 图A-12前馈控制系统框图 U

二、动态前馈控制 静态前馈控制只能有效抑制静态偏差； 动态前馈控制不但能有效抑制静态偏差；而且 能有效抑制动态偏差。 G ( s ) f G ( s ) p G ( s ) d D(s)

3、特点及适用性 动态前馈控制能显菩提高系统的控制质量,但 结构和参数整定均比较复杂。 ●只适用于控制精度要求很高、反馈与静态前馈 难于满足时。 亦称为前馈—反馈控制系统。 1、方法的提出 ●前馈控制是有局限性的: ①对补偿结果无法检测; ②难以对每个干扰均设计一套前馈控制装置; ③一个固定的前馈模型难以获得良好的控制质量

动态前馈控制能显著提高系统的控制质量，但 结构和参数整定均比较复杂。 只适用于控制精度要求很高、反馈与静态前馈 难于满足时。 三、复合控制系统 亦称为前馈--反馈控制系统。 前馈控制是有局限性的： ① 对补偿结果无法检测； ② 难以对每个干扰均设计一套前馈控制装置； ③ 一个固定的前馈模型难以获得良好的控制质量

·复合控制的妤处:既发挥了前馈校正及时的优点 又保持了反馈控制能抑制多个干扰并对被控量始终给予 检验的长处。 2、组咸原理及结构图 图4-13加菇妒的前慷反馈控制系统

2、组成原理及结构图:

IFFC 图4-13加菇妒的慷反缏制系 g f(s) G。(S)}盛 2021-2-24

2021-2-24 G ( s ) f G ( s ) c

D S) Ga(s S) S G(S) S S (S) 图4-14单回路前馈-反馈复合控制系统 a)前馈信号接在反馈控制器之后b)前馈信号接在反馈控制器之前 y(s) Ga(s)+G(sG,(s) D(s 1+G(SG,(S) 在千扰D(S)的作用下,对 输出Y(S的完全补偿条件 D(s)≠0,Y(S)=0 S

1 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) G s G s G s G s G s D s Y s c p d f p    D(s)  0,Y(s)  0 ( ) ( ) ( ) G s G s G s o d f   在干扰D（s)的作用下，对 输出Y（s)的完全补偿条件 G (s) c G (s) c G (s) p G (s) f G (s) d D D G (s) f G (s) d G (s) p