過程控制工程課件-05-前饋比值控制系統(tǒng)

前饋控制系統(tǒng)

FeedforwardControl于玲浙江大學(xué)控制系2011/04/03上一講內(nèi)容回顧介紹了串級(jí)控制系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)；結(jié)合控制原理，具體分析了串級(jí)系統(tǒng)的抗干擾性能；討論了串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則；介紹了串級(jí)控制系統(tǒng)的防積分飽和；介紹了串級(jí)控制系統(tǒng)的投運(yùn)；介紹了均勻控制的理念。課堂提問1相比反饋控制，串級(jí)控制更有效抑制干擾，因此在控制方案選擇時(shí)應(yīng)首選串級(jí)控制？串級(jí)能夠有效抑制副回路中的干擾，因此應(yīng)選擇能包含最多干擾的那個(gè)變量作為副變量？控制器的正反作用選擇課堂提問2燃料油調(diào)節(jié)閥為氣開閥PC控制器為反作用TC控制器為反作用試分析串級(jí)控制為何能有效抑止二次擾動(dòng)；試分析串級(jí)系統(tǒng)為何能克服副對(duì)象和調(diào)節(jié)閥的非線性。課堂提問3問題如果加熱蒸汽壓力波動(dòng)導(dǎo)致控制效果不理想可否用串級(jí)？如果工藝介質(zhì)流量波動(dòng)導(dǎo)致控制效果不理想可否用串級(jí)？采用串級(jí)控制？串級(jí)控制需要：?jiǎn)位芈房刂撇荒軡M足要求；可測(cè)量的副變量副變量需要滿足：快速反應(yīng)主要干擾的影響干擾對(duì)副、主變量的影響具有因果關(guān)系調(diào)節(jié)閥對(duì)副、主變量的影響具有因果關(guān)系NO!無法采用串級(jí)控制！內(nèi)容前饋控制的原理線性前饋控制的設(shè)計(jì)非線性前饋控制前饋反饋控制系統(tǒng)換熱器的前饋控制方案假設(shè)主要干擾為RF前饋控制的思想D1，……，Dn為可測(cè)擾動(dòng)；u，y分別為被控對(duì)象的操作變量與受控變量。前饋思想：在擾動(dòng)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(dòng)的影響。線性前饋控制方塊圖控制目標(biāo)：開環(huán)動(dòng)態(tài)前饋控制的可實(shí)現(xiàn)性可實(shí)現(xiàn)條件：（1）QFF(s)階次≤PFF(s)階次； （2）不滿足條件時(shí)怎么辦？可實(shí)現(xiàn)條件：（1）QFF(s)階次≤PFF(s)階次； （2）動(dòng)態(tài)前饋控制的可實(shí)現(xiàn)性若條件（2）不滿足，可人為令若條件（1）不滿足，可令TDM=0，而GYD(s)與GYC(s)均用一階+純滯后近似。工業(yè)系統(tǒng)中常用的動(dòng)態(tài)前饋控制器為舉例：換熱器的前饋控制穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)：T1=20℃，RF=10T/hr，RV=2T/hr，Kv=800，T2=180℃。假設(shè)：T2溫度測(cè)量變送的量程為100-300℃，RV和RF的量程分別為0~5T/hr和0~25T/hr。換熱器的線性前饋控制換熱器的線性前饋控制（續(xù)）采用階躍響應(yīng)方法測(cè)試各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模型：線性前饋控制的仿真有余差前饋加反饋控制前饋＋反饋控制的仿真非線性穩(wěn)態(tài)前饋控制穩(wěn)態(tài)平衡關(guān)系：非線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償對(duì)于線性系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)前饋控制器可表示成靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩部分：對(duì)于非線性系統(tǒng)，上式中靜態(tài)前饋部分可由對(duì)象的非線性靜態(tài)模型計(jì)算得到，而動(dòng)態(tài)部分同樣可按線性對(duì)象處理。非線性動(dòng)態(tài)前饋控制器動(dòng)態(tài)前饋控制器（g1(s)、g2(s)、g3(s)分別表示RVsp、T1、RF對(duì)系統(tǒng)輸出T2的通道特性的動(dòng)態(tài)部分。）前饋控制與反饋控制的比較

前饋控制

反饋控制擾動(dòng)可測(cè)，但不要求被控量可測(cè)被控量直接可測(cè)超前調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸出的不變性（但存在可實(shí)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(gè)可測(cè)擾動(dòng)系統(tǒng)可感受所有影響輸出的擾動(dòng)對(duì)于干擾與控制通道的動(dòng)態(tài)模型，要求已知而且準(zhǔn)確對(duì)通道模型要求弱，大多數(shù)情況無需對(duì)象模型對(duì)時(shí)變與非線性對(duì)象的適應(yīng)性弱對(duì)時(shí)變與非線性對(duì)象的適應(yīng)性與魯棒性強(qiáng)前饋反饋控制方案1前饋反饋控制方案2特點(diǎn)：可克服對(duì)象的非線性，或具有變?cè)鲆婵刂破鞯墓δ?。討論引入前饋控制的可能?yīng)用場(chǎng)合：常規(guī)反饋控制系統(tǒng)難以滿足要求；干擾可測(cè)。應(yīng)用前饋控制的前提條件：主要干擾可測(cè)；調(diào)節(jié)閥與被測(cè)干擾之間沒有因果關(guān)系；干擾通道的響應(yīng)速度比控制通道慢，至少應(yīng)接近；干擾通道與控制通道的動(dòng)態(tài)特性變化不大。數(shù)字PID的實(shí)現(xiàn)比值控制

RatioControl于玲浙江大學(xué)控制系2011/04/03比值控制內(nèi)容比值控制問題的由來；常用的比值控制方案與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；流量比值與比值器參數(shù)的關(guān)系；變比值控制。溶液配制問題問題：假設(shè)NaoH用量QB和稀釋水量QA可測(cè)并且QA可調(diào)。如果QB變化，如何調(diào)整以使稀釋液NaoH的濃度為6~8%左右？解決方案：（1）出口濃度控制；（2）入口流量的比值控制（流量比值？）。流量比值控制問題要求：QA

/QB

=KAB（比值系數(shù)）而QB為主動(dòng)流量，QA為可控量，要求設(shè)計(jì)一控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)QA以實(shí)現(xiàn)上述比值控制目標(biāo)。定比值控制方案單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)比值器的設(shè)定1穩(wěn)態(tài)條件:IA=I0假設(shè)流量測(cè)量變送環(huán)節(jié)為線性對(duì)象。對(duì)DDZIII型儀表,比值器的輸入輸出關(guān)系為令：穩(wěn)態(tài)條件:比值器的設(shè)定1（續(xù)）比值器的設(shè)定2假設(shè)流量測(cè)量變送環(huán)節(jié)為非線性對(duì)象。對(duì)DDZIII型儀表,比值器的輸入輸出關(guān)系為乘法器的設(shè)定穩(wěn)態(tài)條件:IA=

I0對(duì)DDZIII型儀表,乘法器的輸入輸出關(guān)系為變比值控制系統(tǒng)存在問題：物料A的流量回路存在非線性，當(dāng)物料B的流量減少時(shí)，回路增益增大，有可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定，并可能出現(xiàn)“除零”運(yùn)算。對(duì)DDZIII型儀表,除法器的輸入輸出關(guān)系為系統(tǒng)功能——變?cè)鲆娲?jí)系統(tǒng)功能——前饋串級(jí)控制×綜合練習(xí)說明每位同學(xué)任選1篇文獻(xiàn)進(jìn)行仿真研究，也可選多篇，但需以其中1篇為主文獻(xiàn)。也可自行選