ch6高性能過程控制

第6章常用高性能過程控制系統(tǒng)6.1串級控制系統(tǒng)6.2前饋控制系統(tǒng)6.3大滯后過程控制系統(tǒng)

6.1串級控系統(tǒng)

6.1.1串級控制系統(tǒng)的基本概念

一、什么是串級控制？其組成結(jié)構(gòu)怎樣?

工藝流程?控制要求?系統(tǒng)分析…問題：過渡過程時間長，調(diào)節(jié)不及時解決辦法：串級控制串級控制系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)特點…一、串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與工作過程基本思路：以加熱爐控制為例，介紹串級控制思想的提出、串級控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成、基本術(shù)語與工作過程

6.1串級控系統(tǒng)

6.1.1串級控制系統(tǒng)的基本概念

什么是串級控制？其組成結(jié)構(gòu)怎樣?

工藝流程?控制要求?系統(tǒng)分析…加熱爐溫度控制系統(tǒng)方案1：出口溫度為被控參數(shù)

燃料量為控制參數(shù)T1CT1T影響出口溫度的因素：方案1的分析方案1的分析所有的擾動都包含在環(huán)內(nèi)，理論上都可以由溫度控制器予以克服；控制通道的時間常數(shù)和容量滯后比較大，控制作用不及時，系統(tǒng)克服擾動的能力比較差。方案2：選擇爐膛溫度為被控參數(shù)T1CT1T方案2的分析：方案2的分析能及時有效地克服擾動f2(t)、f3(t)的影響；f1(t)未包含在環(huán)內(nèi)，系統(tǒng)不能克服擾動f1(t)對出口溫度的影響。

總之，兩種方案各有不同的優(yōu)點，因此，可以綜合考慮二者的優(yōu)點。二、串級控制系統(tǒng)的構(gòu)成綜合考慮兩種方案的優(yōu)點：選取爐出口溫度為主被控變量，選取爐膛溫度為副被控變量，把爐出口溫度控制器的輸出作為爐膛控制器的給定值。串級控制系統(tǒng)流程圖T1CT1TT2CT2T串級控制系統(tǒng)的框圖三、串級控制系統(tǒng)的基本術(shù)語主參數(shù)（主變量）：對象的主控參數(shù)副參數(shù)（副變量）：為了穩(wěn)定主參數(shù)而引入的輔助參數(shù)主對象：由主參數(shù)表征其特性的生產(chǎn)過程副對象：由副參數(shù)為輸出的生產(chǎn)過程，副回路所包含的對象。串級控制系統(tǒng)的基本術(shù)語主調(diào)節(jié)器（主控制器）：按主參數(shù)的測量值與給定值的偏差進(jìn)行工作的調(diào)節(jié)器。副調(diào)節(jié)器（副控制器）：按副參數(shù)的測量值與主調(diào)節(jié)器輸出的偏差進(jìn)行工作的調(diào)節(jié)器。主回路與副回路串級控制系統(tǒng)的基本術(shù)語一次擾動：不包括在副回路內(nèi)的擾動。二次擾動：包括在副回路內(nèi)的擾動。四、加熱爐串級控制系統(tǒng)工作過程五、串級控制系統(tǒng)的實施方案一般的串級方案主控制器副控制器電氣轉(zhuǎn)換器控制閥副對象主對象副變送器主變送器雙筆記錄儀RY--通過雙筆記錄儀對主、副變量記錄。電氣轉(zhuǎn)換器是閥門定位器。能實現(xiàn)主控-串級切換的串級方案主控制器副控制器電氣轉(zhuǎn)換器控制閥副對象主對象副變送器主變送器雙筆記錄儀RY--T串級控制系統(tǒng)的實施主、副控制器控制規(guī)律的選擇；主、副控制器正、反作用形式的選擇；串級與主控直接切換條件。六、主、副控制器控制規(guī)律選擇主控制器控制規(guī)律：主控制器起定值控制作用，主變量是主要指標(biāo)，允許波動小，一般要求無余差，因此一般要選擇PI或PID。主、副控制器控制規(guī)律選擇副控制器起隨動控制作用，副變量的設(shè)置是為了保證主變量的控制質(zhì)量，對快速性要求較高，可以在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器一般選P控制規(guī)律即可。副調(diào)節(jié)器一般不引入I或D引入I：會延長控制作用，減弱副回路的快速作用。引入D：因為副回路本身起快速作用，再引入D會使控制閥動作過大，對控制不利。主副控制器正、反作用方式的選擇基本原則：整個控制系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)具體做法：主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性乘積必須為正極性規(guī)定：與單回路系統(tǒng)相同應(yīng)用舉例加熱爐溫度控制系統(tǒng)T1CT1TT2CT2T主變量：出口溫度；副變量：爐膛溫度燃料控制閥的選擇：從安全角度出發(fā)，一旦調(diào)節(jié)閥損壞，保證控制閥處于全關(guān)狀態(tài)，切斷燃料進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全，所以要選擇氣開式調(diào)節(jié)閥。副回路的分析主回路的分析調(diào)節(jié)過程出口溫度升高主控制器輸出減小副控制器給定減小控制閥開度減小加熱爐燃料減少爐膛溫度下降出口溫度下降反作用形式隨動系統(tǒng)副控制器輸出減小氣開式形成閉環(huán)控制相當(dāng)于測量值增加6.1.2串級控制系統(tǒng)的控制效果1.能迅速克服二次干擾方框圖等效為：

控制能力和抗干擾能力綜合定義為：單回路系統(tǒng)(圖6－7）及傳遞函數(shù)控制能力和抗干擾能力綜合為：一般情況下有：結(jié)論：提高了控制質(zhì)量2.能改善控制通道的動態(tài)特性，提高工作頻率（1）等效時間常數(shù)減小，響應(yīng)速度加快；(分析比較圖6－5和圖6－7）(2)提高了系統(tǒng)的工作頻率串級系統(tǒng)的特征方程為：則串級控制系統(tǒng)的工作頻率為：對同一過程，采用單回路控制方案，用同樣的分析方法，可得：若兩種方案的阻尼系數(shù)相同，則有：結(jié)論：副回路改善了動特性、提高了響應(yīng)速度和工作頻率；當(dāng)主、副時間常數(shù)比值一定，副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)越大，工作頻率越高；同樣，當(dāng)比例系數(shù)一定，主、副時間常數(shù)比值越大，工作頻率也越高。其結(jié)果使振蕩周期縮短，提高了系統(tǒng)的控制質(zhì)量。3能適應(yīng)負(fù)荷和操作條件的劇烈變化副回路的等效放大系數(shù)為：2）能改善控制通道的動態(tài)特性，提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力；3）對非線性情況下的負(fù)荷或操作條件的變化有一定的適應(yīng)能力。綜上所述，串級控制系統(tǒng)的主要特點有：1）對進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的抑制能力；結(jié)論一1.在串級控制系統(tǒng)中，由于增加了一個副回路，使等效被控過程的時間常數(shù)減小了，從而改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性。

2.等效副對象放大系數(shù)減小可以通過增大主控制器放大倍數(shù)的辦法加以補(bǔ)償。串級控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力由于串級控制系統(tǒng)副回路的存在，能迅速克服進(jìn)入副回路的二次擾動，從而大大減小了二次擾動的影響，提高了控制質(zhì)量。干擾作用于主環(huán)，由于副環(huán)的存在，等效對象時間常數(shù)減小了，工作頻率提高，比單回路更為及時地對干擾進(jìn)行控制。結(jié)論二串級控制系統(tǒng)具有一定的自適應(yīng)能力如果系統(tǒng)為非線性（放大倍數(shù)與工作點有關(guān)），或具有時變性（放大倍數(shù)隨時間變化），當(dāng)控制器參數(shù)整定好不變時，在工作過程中，控制質(zhì)量與預(yù)期的希望會發(fā)生變化。對單回路系統(tǒng)，上述問題難以克服，而串級控制系統(tǒng)則具有一定的適應(yīng)能力。結(jié)論三主回路是一個定值系統(tǒng)，副回路是一個隨動系統(tǒng)。當(dāng)操作條件和負(fù)荷發(fā)生變化，主變量發(fā)生變化，主調(diào)節(jié)器輸出發(fā)生變化，相當(dāng)于副調(diào)節(jié)器的給定值發(fā)生變化，主調(diào)節(jié)器能按照負(fù)荷和操作條件的變化不斷改變副調(diào)節(jié)器的給定值，使副調(diào)節(jié)器的給定值適應(yīng)負(fù)荷和操作條件的變化，即具有一定的自適應(yīng)能力。結(jié)論三6.1.3串級控制系統(tǒng)的適用范圍1.適用于容量滯后較大的過程：選容量滯后較小的輔助變量，減小時常，提高頻率。（圖6－8）2.適用于純滯后較大的過程：（圖6－9,）工藝要求：過濾前的壓力穩(wěn)定在250Pa;特點：距離長，純滯后時間長。仿絲膠液壓力與壓力串級控制。3.適用于干擾變化劇烈、幅度大的過程：（圖6－10）工藝要求：汽包液位控制，特點：快裝鍋爐容量小，蒸汽流量與水壓變化頻繁、激烈→三沖量液位串級控制。4.適用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過程：（圖6－11）同一種介質(zhì)控制兩種參數(shù)(圖6－11)單回路控制：兩套裝置，不經(jīng)濟(jì)又無法工作；常壓塔塔頂出口溫度和一線溫度串級控制。5.適用于非線性過程特點：負(fù)荷或操作條件改變導(dǎo)致過程特性改變。若：單回路控制，需隨時改變調(diào)節(jié)器整定參數(shù)以保證系統(tǒng)的衰減率不變；串級控制，則可自動調(diào)整調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。（圖6－12）合成反應(yīng)器溫度串級控制：換熱器呈非線性特性注意：串級控制雖然應(yīng)用范圍廣，但必須根據(jù)具體情況，充分利用優(yōu)點，才能收到預(yù)期的效果。

當(dāng)被控對象純滯后時間較長時，在離控制閥較近、純滯后時間較小的地方選擇一個副變量，把干擾拉入副回路。利用副回路的超前作用來克服對象的純滯后僅僅是對二次干擾而言的，一次干擾不直接影響副變量。例如下圖所示：一、用于克服對象的純滯后6.1.3串級控制系統(tǒng)的適用范圍副變量：過熱蒸汽溫度，位于滯后較小的B點。被控參數(shù)：A點溫度控制參數(shù)：減溫水流量主要干擾：減溫水壓力波動。二、用于克服對象的容量滯后 容量滯后會使被控對象反應(yīng)遲鈍，超調(diào)大，過渡過程長。 以溫度或質(zhì)量作為被控量的控制對象，其容量滯后往往比較大，致使控制質(zhì)量變差。 對象容量滯后大、干擾復(fù)雜的情況下，串級控制系統(tǒng)的使用最為普遍，效果較好。 此時應(yīng)選擇一個滯后較小的輔助變量組成副回路。 副環(huán)的時間常數(shù)不能過大，以防共振；也不能過小，力求多包含一些干擾。 例如下張圖：

燃料油熱值變化后，爐膛反應(yīng)滯后3分鐘，而出口溫度則需15分鐘。三.適用于干擾變化劇烈、幅度大的過程工藝要求：汽包液位控制特點：快裝鍋爐容量小，蒸汽流量與水壓變化頻繁、激烈。串級控制系統(tǒng)對二次干擾具有很強(qiáng)的克服能力。設(shè)計時應(yīng)把變化劇烈、幅值大的干擾包含在副回路中。副回路放大系數(shù)應(yīng)大些，會使抗干擾能力大大提高。四、適用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過程同一種介質(zhì)控制兩種參數(shù)(圖6－11)單回路控制：兩套裝置，不經(jīng)濟(jì)又無法工作；常壓塔塔頂出口溫度和一線溫度串級控制。五、用于克服對象的非線性負(fù)荷變化會引起工作點的移動。當(dāng)負(fù)荷變化大且頻繁時，只有高級控制系統(tǒng)才有重整參數(shù)以適應(yīng)控制要求的能力。

一般控制系統(tǒng)中，有效辦法是采用串級控制。

例在圖中，其中部溫度要嚴(yán)控，則將具有非線性特性的換熱器包含在副回路。

a）：燃料油壓力為主要干擾；b）：燃料油粘度、成分、熱值、處理量為主要干擾6.1.4串級控制系統(tǒng)的設(shè)計1.副回路的設(shè)計與副參數(shù)的選擇選擇原則：（1）副參數(shù)要物理可測、副對象的時間常數(shù)要小、純滯后時間要盡可能短。（2）副回路要盡可能多地包含變化頻繁、幅度大的干擾，但也不能越多越好。并不是副回路包括的擾動愈多愈好，應(yīng)該是合理的，因為擾動愈多，通道愈長，副回路將失去快速克服擾動的能力。（3）主、副過程的時間常數(shù)要適當(dāng)匹配.當(dāng)串級控制與單回路控制的阻尼系數(shù)相等時，有假設(shè)

為常量(圖6－14）圖示說明。。。；主、副被控過程時常不能太大也不能太小？頻率的比值大于3，主、副過程時間常數(shù)之比應(yīng)在3~10之間。目的：保證安全生產(chǎn)、防止共振如果副過程的時間常數(shù)比主過程小得太多，即副過程時間常數(shù)小，副回路反應(yīng)靈敏，控制作用快，但這種情況一般副回路包含的擾動少，對過程特性的改善減小了。如果副過程的時間常數(shù)大于主過程的時間常數(shù)，此時，副回路對過程特性的改善效果顯著，但反映遲鈍，不能及時有效地克服擾動。如果副過程的時間常數(shù)與主過程的時間常數(shù)接近，此時，主、副過程的動態(tài)聯(lián)系密切，當(dāng)一個參數(shù)發(fā)生振蕩時，會使另一個參數(shù)也發(fā)生振蕩，即“共振”，它不利于生產(chǎn)的正常運行。（4）應(yīng)綜合考慮控制質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性要求(圖6－15）冷劑液位為副參數(shù)，投資少，控制質(zhì)量不高；b)冷劑蒸發(fā)壓力為副參數(shù)，投資多，控制質(zhì)量較高。選擇應(yīng)視具體情況而定。2主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主調(diào)：定值控制；副調(diào)：隨動控制。主被控參數(shù)要無靜差→PI,PID調(diào)節(jié)；副被控參數(shù)允許有靜差→P,不引入PI；為保穩(wěn)定，P選大時，可引入積分；不引入微分。3主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇（開環(huán)放大系數(shù)為正）選擇步驟：工藝要求→調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)→副調(diào)節(jié)器的正、反作用→主、副過程的正、反作用→主調(diào)節(jié)器的正、反作用。示例燃油閥氣開，副對象為正過程，副調(diào)為反作用調(diào)節(jié)器；主對象也為正過程，主調(diào)為反作用調(diào)節(jié)器6.1.5串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定

整定原則：盡量加大副調(diào)節(jié)器的增益，提高副回路的頻率，使主、副回路的頻率錯開，以減少相互影響1.逐步逼近整定法1）主開環(huán)、副閉環(huán)，整定副調(diào)的參數(shù)；記為2)副回路等效成一個環(huán)節(jié)，閉合主回路，整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)，記為3）觀察過渡過程曲線，滿足要求，所求調(diào)節(jié)器參數(shù)即為否則，再整定副調(diào)節(jié)器參數(shù)，記為。。。反復(fù)進(jìn)行，滿意為止。該方法適用于主、副過程時常相差不大、主、副回路動態(tài)聯(lián)系密切，需反復(fù)進(jìn)行，費時較多2.兩步整定法(應(yīng)用最廣泛)1）主、副閉合，主調(diào)為比例,比例度為百分之一百，先用4比1衰減曲線法整定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，求得比例度和操作周期；2)等效副回路，整定主調(diào)參數(shù)，求得主回路在4比1衰減比下的比例度和操作周期；

根據(jù)兩種情況下的比例度和操作周期，按經(jīng)驗公式求出主、副調(diào)節(jié)器的積分時間和微分時間，

然后再按先副后主、先比例后積分再微分的次序投入運行，觀察曲線，適當(dāng)調(diào)整，滿意為止。

3.一步整定法思路：先根據(jù)副過程特性或經(jīng)驗確定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，然后一步完成主調(diào)節(jié)器的參數(shù)的整定。1）主、副調(diào)節(jié)器均置比例控制，根據(jù)約束條件或經(jīng)驗確定條件下，主、副過程特性一定時，為一常數(shù)。2)等效副回路，按衰減曲線法整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)；3）觀察曲線，在約束條件下，適當(dāng)調(diào)整主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，滿意為止。；理論依據(jù)：主、副調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)在4.應(yīng)用舉例:硝酸生產(chǎn)用氧化爐，主參數(shù)：爐溫，PI調(diào)節(jié)；副參數(shù)：氨氣流量，P調(diào)節(jié)；主、副動態(tài)聯(lián)系小，兩步整定法。為100％→為32％，為15s；1）2）副調(diào)置于32％，得主調(diào)的為50％，為7min。3）運用計算公式得：為60％，為3.5min,為32%。

①、在系統(tǒng)設(shè)計時，主控制器選用PI控制規(guī)律，副控制器選用P控制規(guī)律。在系統(tǒng)穩(wěn)定允許條件下，主、副控制器均置于純比例作用，主控制器的比例度置于100%，用4：1衰減曲線法整定副控制器的參數(shù)，得2s=32%,T2s=15s。

應(yīng)用舉例:在硝酸生產(chǎn)過程中，有一個氧化爐溫度與氨氣流量的串級控制系統(tǒng)。溫度為主參數(shù)，工藝要求較高，溫度最大偏差不能超過5℃，氨氣流量為副參數(shù)，允許在一定范圍內(nèi)變化，要求不高。系統(tǒng)控制器參數(shù)采用兩步整定法，過程如下。②將副控制器的比例度置于32%上，用相同的方法整定，將主控制器的比例度由大到小逐漸調(diào)節(jié)，取得主控制器的1S=50%,T1S=7min。

③根據(jù)上述求得的各參數(shù)，運用4：1衰減曲線法整定計算公式(見上表4-1)，計算主、副控制器的整定參數(shù)為：主控制器(溫度控制器)：比例度1=1.21S=60%，積分時間T1=0.5T1S=3.5min副控制器(流量控制器)：比例度2=2S=32%④把上述計算的參數(shù)，按先P后I的次序，分別設(shè)置在主、副控制器上，并使串級控制系統(tǒng)在該參數(shù)下運行。實際運行，氧化爐溫度穩(wěn)定，完全滿足生產(chǎn)工藝的要求。應(yīng)用實例：造紙廠網(wǎng)前箱溫度串級控制混合器T1CT1TT2CT2T立篩圓篩網(wǎng)前箱去銅網(wǎng)脫水蒸汽水紙漿紙漿用泵從儲槽送至混合器，在混合器內(nèi)用蒸汽加熱至72度，經(jīng)過立篩、圓篩除去雜質(zhì)后送至網(wǎng)前箱，再去銅網(wǎng)脫水。工藝要求網(wǎng)前箱溫度保持在61度左右，允許偏差不超過1度。若采用單回路，由于從混合器到網(wǎng)前箱純滯后達(dá)90秒，不能滿足工藝要求。為了克服純滯后，在調(diào)節(jié)閥較近處選擇混合器溫度為副參數(shù)，網(wǎng)前箱出口溫度為主參數(shù)，構(gòu)成串級控制系統(tǒng)，把紙漿流量波動包括在副回路中。注意：副回路盡量少包括或不包括純滯后。6.2前饋控制系統(tǒng)

反饋控制是基于被控量的偏差進(jìn)行的，沒有偏差也就不存在反饋控制。當(dāng)然，只要存在偏差，控制系統(tǒng)就不可能保持在理想控制要求上，而是在理想要求附近擺動。所以，反饋控制是接近理想要求，但永遠(yuǎn)也無法保持理想要求的控制。

單回路、串級控制系統(tǒng)都是反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)反饋控制其特點是：當(dāng)被控過程受到擾動后，須等到被控參數(shù)出現(xiàn)偏差時，控制器才動作，以補(bǔ)償擾動對被控參數(shù)的影響，算是一種“事后”補(bǔ)償。被控參數(shù)正是因為有擾動才產(chǎn)生偏差，若能在擾動出現(xiàn)時就進(jìn)行控制，而并非是在偏差發(fā)生后再進(jìn)行控制，這樣的控制方案一定可以更有效地消除擾動對被控參數(shù)的影響。“前饋控制”正是基于這種思路而提出的。

當(dāng)被控對象呈現(xiàn)大延遲（如含有較大的容積延遲或純延遲）或所受干擾較多，干擾頻率較高，要求系統(tǒng)快速反應(yīng)實現(xiàn)控制目的時，反饋控制系統(tǒng)的控制效果往往不夠理想。6.2前饋控制系統(tǒng)6.2前饋控制系統(tǒng)6.2.1前饋控制的基本概念

又稱干擾補(bǔ)償控制：按干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，克服干擾比反饋快；理論上，可實現(xiàn)理想控制。

與反饋控制相比，前饋控制很好的彌補(bǔ)了反饋控制的一些缺點。前饋控制是針對擾動量及其變化進(jìn)行控制的。前饋控制是相對于反饋控制而言的。1、反饋控制：Feedbackcontrol簡稱FBC反饋控制在被控參數(shù)偏離給定值后，依據(jù)偏差，控制器發(fā)出控制指令，補(bǔ)償擾動對被控參數(shù)的影響

反饋控制特點：當(dāng)干擾已經(jīng)發(fā)生，但是被控參數(shù)尚未變化，偏差=0，則控制器不產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用。例如：閉環(huán)中的干擾：冷流體流量波動干擾設(shè)定

測量變送

反饋控制器

執(zhí)行器被控變量對象偏差——基于偏差的控制反饋控制總要滯后擾動，是一種不及時的控制。反饋控制是閉環(huán)控制，存在穩(wěn)定性問題。對閉環(huán)回路中擾動都有調(diào)節(jié)作用。調(diào)節(jié)器一般采用P、I、D控制規(guī)律，具有通用性。干擾設(shè)定

測量變送

反饋控制器

執(zhí)行器被控變量對象偏差2、前饋控制Feedforwardcontrol簡稱FFC

當(dāng)擾動一旦出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器就根據(jù)擾動的大小和性質(zhì)進(jìn)行控制，補(bǔ)償擾動對系統(tǒng)的影響，使被控參數(shù)不變。例如：閉環(huán)中的干擾：冷流體流量波動—突然增加這種直接根據(jù)造成偏差原因--擾動進(jìn)行的控制，按干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，克服干擾比反饋快，稱為前饋控制，又稱干擾補(bǔ)償控制理論上可實現(xiàn)理想控制。前饋控制：當(dāng)冷流體流量增加N時，其對輸出溫度影響假如為Y1，當(dāng)其一產(chǎn)生，即改變蒸汽流量Fs，使得蒸汽Fs對輸出溫度影響為-Y1，那么輸出溫度就不會變化。對象干擾前饋調(diào)節(jié)器

執(zhí)行器被控變量

測量變送器干擾通道Y1-Y1通過設(shè)計前饋調(diào)節(jié)器，使得調(diào)節(jié)器改變的量剛好補(bǔ)償干擾對對象的影響。方框圖：

前饋控制特點：①前饋控制器是“測量擾動，消除擾動對被控量的影響”。前饋調(diào)節(jié)器又稱為“擾動補(bǔ)償器”。②擾動發(fā)生，前饋控制器動作及時，對抑制由于擾動引起的動、靜態(tài)偏差比較快速有效。③前饋控制屬開環(huán)控制，只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)穩(wěn)定，控制系統(tǒng)必定穩(wěn)定。對象干擾前饋控制器執(zhí)行器被控變量

測量變送器干擾通道Y1-Y1④只對被測量的可測的擾動有校正作用，而對系統(tǒng)中的其他擾動無校正作用。即前饋控制具有指定性補(bǔ)償?shù)木窒扌?。⑤前饋控制器的控制?guī)律，取決于被控對象的特性，因此，有時控制規(guī)律比較復(fù)雜。對象干擾前饋控制器執(zhí)行器被控變量

測量變送器干擾通道Y1-Y13.前饋控制與反饋控制比較干擾設(shè)定

測量變送

反饋控制器

執(zhí)行器被控變量對象偏差對象干擾前饋控制器執(zhí)行器被控變量

測量變送器干擾通道Y1-Y1

特點比較：前饋基于干擾控制，反饋基于偏差控制抑制干擾，前饋控制比反饋控制及時有效前饋控制屬于開環(huán)控制系統(tǒng)，反饋控制是閉環(huán)控制系統(tǒng)前饋控制使用的是與實施對象特性而定的專用控制器，反饋控制采用通用PID控制器一種前饋控制只能克服一種干擾，反饋控制只用一個控制器就可克服多個干擾4.前饋控制的應(yīng)用場合

系統(tǒng)中存在著可測但不可控的變化幅度大，且頻繁的干擾，這些干擾對被控參數(shù)影響顯著，單用反饋控制達(dá)不到質(zhì)量要求時。

當(dāng)控制系統(tǒng)的控制通道滯后時間較長，由于反饋控制不及時影響控制質(zhì)量時，可采用前饋或前饋－反饋控制系統(tǒng)。小結(jié)：前饋控制與反饋控制的比較反饋控制前饋控制1控制的依據(jù)被控變量的偏差干擾量的大小2檢測的信號被控變量干擾量3控制作用發(fā)生的時間偏差出現(xiàn)后偏差出現(xiàn)前4系統(tǒng)結(jié)構(gòu)閉環(huán)控制開環(huán)控制5控制質(zhì)量有過渡過程立即補(bǔ)償控制6控制器通用PID專用控制器7經(jīng)濟(jì)性和可靠性一種系統(tǒng)可克服多種干擾對每一種都要有一個控制系統(tǒng)原理說明。。。前饋調(diào)節(jié)器（前饋補(bǔ)償器）的計算：5.前饋調(diào)節(jié)器（前饋補(bǔ)償器）的計算：例：某前饋系統(tǒng)，滿足什么條件，能實現(xiàn)對干擾的全補(bǔ)償26.2.2前饋控制的特點及局限性1.前饋控制的特點1）開環(huán)控制；2）比反饋控制及時；3）補(bǔ)償器為專用2.

前饋控制的局限性：無法實現(xiàn)對干擾的完全補(bǔ)償1）只能抑制可測干擾；2）不能對每個干擾實現(xiàn)補(bǔ)償；3）補(bǔ)償器難以精確得到，即使得到有時物理上也難以實現(xiàn)結(jié)論：不單獨使用6.2.3靜態(tài)補(bǔ)償與動態(tài)補(bǔ)償1.靜態(tài)補(bǔ)償：該補(bǔ)償器用比例調(diào)節(jié)器即可實現(xiàn)2.動態(tài)補(bǔ)償：由于精確模型難以得到或難以實現(xiàn)，只有要求嚴(yán)格控制動態(tài)偏差時才采用。

單純前饋控制的存在問題：

(1)補(bǔ)償效果無法檢驗：單純前饋不存在被控變量的反饋，補(bǔ)償效果沒有檢驗的手段，前饋作用并沒有最后消除偏差時，系統(tǒng)無法得知這一信息而作進(jìn)一步的校正。（2）多個干擾成本大：由于工業(yè)對象存在多個干擾，勢必要設(shè)置多個前饋控制通道，因而增加了投資費用和維護(hù)工作量。（3）控制精度不高：前饋控制模型的精度也受到多種因素的限制，對象特性要受到負(fù)荷和工況等因素的影響而產(chǎn)生漂移，導(dǎo)致Wo(s)和Wf(s)的變化。6.2.4前饋－反饋復(fù)合控制反饋控制的優(yōu)點：任何擾動對系統(tǒng)的影響均可消除；系統(tǒng)準(zhǔn)確性高。反饋控制的缺點：有偏差才控制;不能事先規(guī)定調(diào)節(jié)器的輸出。將前饋、反饋控制結(jié)合可優(yōu)勢互補(bǔ)，揚長避短前饋與反饋相結(jié)合，構(gòu)成前饋—反饋控制系統(tǒng)（FFC-FBC）前饋、反饋控制分別在系統(tǒng)中作用：前饋控制克服反饋控制不易克服的主要干擾，而對其它干擾則進(jìn)行反饋控制。6.2.4前饋－反饋復(fù)合控制作用機(jī)理分析：復(fù)合控制系統(tǒng)的特征方程式：，與前饋補(bǔ)償器無關(guān)設(shè)計步驟：1）獨立設(shè)計反饋控制系統(tǒng)；2）再設(shè)計前饋補(bǔ)償器前饋—反饋控制系統(tǒng)優(yōu)點：

（1）由于增加了反饋回路，只需對主要的干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償，其它干擾可由反饋控制予以校正，大大簡化了原有前饋控制系統(tǒng)；

（2）反饋回路的存在，降低了前饋控制模型的精度要求；（3）負(fù)荷變化時，模型特性也要變化，可由反饋控制加以補(bǔ)償，因此系統(tǒng)具有一定自適應(yīng)能力。

（4）當(dāng)前饋信號加在反饋信號之前時，前饋控制器特性不僅與擾動通道特性和控制通道特性有關(guān)，而且與反饋控制器特性有關(guān)。例：一單回路水位控制系統(tǒng)。如果蒸氣用量經(jīng)常發(fā)生變化，為了改善控制質(zhì)量，將單回路控制系統(tǒng)改為前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)，畫出控制系統(tǒng)工藝流程圖和框圖，并對新增回路的功能進(jìn)行簡單說明。6.2.5引入前饋的原則及應(yīng)用實例1.引入前饋控制的原則

1）系統(tǒng)存在頻率高、幅值大、可測不可控的干擾，反饋控制難以克服、控制要求高時；2）控制通道時常大于干擾通道時常，反饋控制不及時，控制質(zhì)量差；3）主要干擾無法用串級控制使其包含于副回路或副回路滯后過大時；4）盡可能采用靜態(tài)補(bǔ)償而不采用動態(tài)補(bǔ)償。2.復(fù)合控制系統(tǒng)應(yīng)用實例（1）蒸發(fā)過程的濃度控制(圖6－19）50％→73％←溶液沸點與水沸點之溫差（被控量）←進(jìn)料溶液濃度、溫度、流量，加熱蒸汽壓力、流量方案：蒸汽流量為前饋信號、溫差為反饋信號、進(jìn)料溶液為控制參數(shù)的復(fù)合控制（2）鍋爐汽包水位控制水位控制的重要性。。。影響因素：蒸汽用量（不可控）、給水流量（選為控制參數(shù)）問題：“虛假水位”。。?！绊懣刂菩Ч?。解決方案：蒸汽流量為前饋信號，給水流量為副參數(shù)，水位為主參數(shù)→前饋－反饋串級控制(圖6－20）純滯后：介質(zhì)傳輸、化學(xué)反應(yīng)、管道混合、皮帶傳送、軋輥傳輸、多容器串聯(lián)成分測量等。純滯后的程度：稱為一般純滯后；稱為大純滯后。大純滯后難于控制：