第五章前饋控制和反饋控制4

1、前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)n前饋控制的由來與原理前饋控制的由來與原理n靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)n前饋控制系統(tǒng)的動態(tài)補償前饋控制系統(tǒng)的動態(tài)補償n前饋反饋控制系統(tǒng)前饋反饋控制系統(tǒng)n結(jié)論結(jié)論n問題：過程特性決定了它被控制的難易，一個本性難控的過程具有Kf大、TfTo、o/To大的特點，難控過程受到較大擾動后，反饋控制的效果將不令人滿意。下面分析其原因，并討論相應(yīng)對策。原因相應(yīng)措施本性難控過程克服擾動的穩(wěn)定時間長產(chǎn)生偏差大；將擾動克服在被控變量偏離設(shè)定值之前反饋控制器不會區(qū)別偏差產(chǎn)生的原因，只是減少偏差，直到趨近“0”；針對較大可測和不可控的擾動采取措施，使被控變量在擾動下基本不變擾動產(chǎn)生頻率過

2、高，將使系統(tǒng)振蕩； 開環(huán)控制“前饋控制方案”D1Dn前饋控制器對象uyD1，Dn為可測擾動；u，y分別為被控對象的操作變量與受控變量。前饋控制思想前饋控制思想：在擾動還未影響輸出以前，直接改變操作變量，以使輸出不受或少受外部擾動的影響。前饋控制定義前饋控制定義：是測取進入過程的干擾（包括外界干擾和設(shè)定值變化，并按其信號產(chǎn)生合適的控制作用去改變操縱變量，使被控變量維持在設(shè)定值上。例如，我們以換熱器前饋控制系統(tǒng)來說明其方案控制過程反饋控制方案TC蒸汽凝液工藝介質(zhì)cp, RF , T1T2HV, RV蒸汽凝液工藝介質(zhì)cp, RF , T1T2HV, RVFFRF前饋控制方案換熱器控制方案舉例換熱器控

3、制方案舉例本例中，d (t)、u (t)、y (t) 分別表示工藝介質(zhì)流量（外部干擾）、蒸汽流量（控制變量）與工藝介質(zhì)的出口溫度（被控變量）；GFF(s)為前饋控制器的動態(tài)特性；GYD(s)、GYC(s)分別為干擾通道與控制通道的的動態(tài)特性?？刂颇繕耍篋(S)0時，要求Y(S)=00)()()()()(sGsGsGsDsYYCFFYD)()()(sGsGsGYCYDFFtY(t)ycD(t)ydDGYD (s)d(t)GFF (s)GYC (s)y(t)u(t)換熱器前饋控制方塊圖換熱器前饋控制方塊圖前饋不變性原理前饋不變性原理不變性不變性指控制系統(tǒng)的被控變量不受擾動變量變化的影響n動態(tài)不變性

4、動態(tài)不變性：在擾動d(t)的作用下，被控量y(t) 在整個過渡過程中始終保持不變，稱系統(tǒng)對于擾動d(t)具有動態(tài)不變性，即Y(s)/D(s) = 0,（調(diào)節(jié)過程的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)偏差均為零，”理想情況“）。n穩(wěn)態(tài)不變性穩(wěn)態(tài)不變性：在干擾d(t)作用下，被控量y(t)的動態(tài)偏差不等于零，而其穩(wěn)態(tài)偏差為零，即Y(0)/D(0) = 0，或者說y(t) 在穩(wěn)態(tài)工況下與擾動量d(t)無關(guān)。n前饋控制對于干擾的克服要比反饋控制及時n前饋控制屬于開環(huán)控制，反饋控制屬于閉環(huán)控制n前饋控制采用的是由對象特性確定的專用控制器n靜態(tài)前饋n動態(tài)前饋n前饋反饋控制系統(tǒng)n多變量前饋控制n用計算機實施前饋控制在實際中一般只要求

5、在穩(wěn)態(tài)下實現(xiàn)對擾動的補償，令s=0，就可得靜態(tài)前饋控制算式。Kpd和Kpc分別為干擾通道和控制通道的靜態(tài)增益，可以用實驗或靜態(tài)方程得到?？刂颇繕丝刂颇繕耍罕ＷC過程輸出在穩(wěn)態(tài)下補償外部擾動的影響，即實現(xiàn)“穩(wěn)態(tài)不變性”。pcpdsYCYDFFKKsGsGsG0)()()(動態(tài)前饋控制動態(tài)前饋控制n靜態(tài)前饋系統(tǒng)簡單，容易實現(xiàn)，可以保證在穩(wěn)態(tài)時消除擾動的影響，但在動態(tài)過程中偏差仍然存在。n當(dāng)控制通道和干擾通道的動態(tài)特性差異較大時，必須加動態(tài)前饋補償。n動態(tài)前饋的實現(xiàn)是基于絕對不變性原理n靜態(tài)前饋是動態(tài)前饋的一種特殊情況，動態(tài)前饋可以看做是靜態(tài)前饋和動態(tài)補償?shù)膬刹糠纸M成，他們結(jié)合在一起使用，可以進一步提

6、高控制過程的動態(tài)品質(zhì)。換熱器的前饋控制器換熱器的前饋控制器T1RFT2spRVspkv靜態(tài)前饋控制器T1RFT2spRVspkv)()(12sgsg)()(13sgsg動態(tài)前饋控制器（g1(s)、g2(s)、g3(s)分別表示RVsp、T1、RF對系統(tǒng)輸出T2的通道特性的動態(tài)部分。）換熱器的前饋控制器換熱器的前饋控制器VpvspFvspVHcksgsgTTsgsgRkR/, )()()()(121213T1RFT2spRVspkv)()(12sgsg)()(13sgsgVpvspFvspVHckTTRkR/, )(12前饋控制系統(tǒng) 局限性對象動態(tài)特性形式多樣難以精確測量工業(yè)對象存在多個擾動，若

7、均設(shè)置前饋控制器，投資高，工作量大。補償結(jié)果沒有檢測手段受前饋控制模型精度限制實現(xiàn)前饋控制算法，往往作近似處理 前前 饋饋 控控 制制 反反 饋饋 控控 制制擾動可測，但不要求被控量可測被控量直接可測超前調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)系統(tǒng)輸出的不變性（但存在可實現(xiàn)問題）按偏差控制，存在偏差才能調(diào)節(jié)，（滯后調(diào)節(jié)）開環(huán)調(diào)節(jié)，無穩(wěn)定性問題閉環(huán)調(diào)節(jié)，存在穩(wěn)定性問題系統(tǒng)僅能感受有限個可測擾動系統(tǒng)可感受所有影響輸出的擾動對于干擾與控制通道的動態(tài)模型，要求已知而且準確對通道模型要求弱，大多數(shù)情況無需各道模型對時變與非線性對象的適應(yīng)性弱對時變與非線性對象的適應(yīng)性與魯棒性強前饋反饋控制系統(tǒng)優(yōu)點A從前饋控制角度，由于增加了反饋控制，降低了對前饋控制模型的精度要求，并能對未選做前饋信號的干擾產(chǎn)生校正作用。B從反饋控制角度，由于前饋控制的存在，對主要干擾作了及時的粗調(diào)作用，大大減少對控制的負擔(dān)。 1蒸汽凝液工藝介質(zhì)T2RVRFFCT2spRVspTCT1k1前饋控制器2蒸汽凝液工藝介質(zhì)T2RVRFFCT2spRVspTCT1k1前饋控制器特點：可克服對象的非線性，或具有變增益控制器的功能。n引入前饋控制的可能應(yīng)用場合：（1