前饋控制系統(tǒng)

前饋控制系統(tǒng)第一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日內(nèi)容前饋控制的原理非線性靜態(tài)前饋控制的設計方法前饋控制系統(tǒng)的動態(tài)補償前饋反饋控制系統(tǒng)仿真舉例第二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日前饋控制的概念D1，……，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。第三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日前饋控制方塊圖u

(t)、y

(t)分別表示控制變量與被控變量；

d(t)表示某一外部干擾;GYD(s)、GYC(s)分別為干擾通道與控制通道的動態(tài)特性；

GFF(s)為前饋控制器的動態(tài)特性?？刂颇繕耍旱谒捻?，共二十二頁，編輯于2023年，星期日前饋不變性原理動態(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“）。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。第五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日動態(tài)補償?shù)目蓪崿F(xiàn)性問題控制目標：要求:第六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日靜態(tài)前饋控制控制目標：保證過程輸出在穩(wěn)態(tài)下補償外部擾動的影響，即實現(xiàn)“穩(wěn)態(tài)不變性”。靜態(tài)前饋控制方式：線性靜態(tài)前饋：非線性靜態(tài)前饋：結合對象靜態(tài)模型獲得前饋控制器結構與參數(shù)。第七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日非線性靜態(tài)前饋控制穩(wěn)態(tài)平衡關系：討論:前饋控制器的實現(xiàn)與相關測量儀表的影響第八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日靜態(tài)前饋控制算法假設T1、T2的測量范圍為[T1min,T1max]、[T2min,T2max],RV、RF的測量范圍為[0,RVmax]、[0,RFmax]；而各測量信號T1m、T2m

、RVm、RFm及設定值均為0~100%.第九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日換熱器動態(tài)仿真模型(參見模型…/FFControl/ExHeater.mdl)靜態(tài)工作點:T1=20℃,RF=10T/hr,RV=2T/hr,Kv=800,T2=180℃.T2儀表量程為100~300℃,RV儀表量程為0~5T/hr.干擾通道純滯后可忽略,控制通道純滯后為2.5min.第十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日換熱器的靜態(tài)前饋控制器假設靜態(tài)工作點為:T1=20℃,RF=10T/hr,RV=2T/hr,Kv=800,T2=180℃.T2的測量儀表量程為100~300℃,RV儀表量程為0~5T/hr，T1量程為0~50℃,RF儀表量程為0~20T/hr.則其靜態(tài)前饋控制算法為第十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日換熱器靜態(tài)前饋控制仿真討論：分析穩(wěn)態(tài)不變性原理以及系數(shù)Kvm對前饋控制性能的影響，(參見模型…/FFControl/ExHeaterStaticFFC.mdl)第十二頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日前饋控制的動態(tài)補償討論：當控制通道與擾動通道的動態(tài)特性差異較大時，需要引入動態(tài)補償。對于線性系統(tǒng)，動態(tài)補償算法為這里，gYD(s)、gYC(s)分別表示通道特性的動態(tài)部分，其穩(wěn)態(tài)增益均為1。第十三頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日非線性系統(tǒng)的動態(tài)前饋補償對于線性系統(tǒng)，動態(tài)前饋控制器可表示成靜態(tài)與動態(tài)兩部分：其中對于非線性系統(tǒng)，上式中靜態(tài)前饋部分可由對象的非線性靜態(tài)模型計算得到，而動態(tài)部分同樣可按線性對象處理。動態(tài)前饋補償?shù)囊话阈问綖榈谑捻?，共二十二頁，編輯?023年，星期日前饋控制與反饋控制的比較

前饋控制

反饋控制擾動可測，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)情況無需對象模型對時變與非線性對象的適應性弱對時變與非線性對象的適應性與魯棒性強第十五頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日換熱器的前饋反饋控制方案1第十六頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日換熱器的前饋反饋控制方案2特點：可克服對象的非線性，或具有變增益控制器的功能。第十七頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日換熱器反饋控制系統(tǒng)舉例(參見模型…/FFControl/ExHeaterPID.mdl)第十八頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)#1(參見模型…/FFControl/ExHeaterFFC_PID1.mdl)第十九頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日換熱器前饋反饋控制系統(tǒng)#2(參見模型…/FFControl/ExHeaterFFC_PID2.mdl)第二十頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日結論引入前饋控制的可能應用場合： （1）主要被控量不可測； （2）盡管被控量可測，但控制系統(tǒng)所受的干擾嚴重， 常規(guī)反饋控制系統(tǒng)難以滿足要求。應用前饋控制的前提條件： （1）主要干擾可測； （2）干擾通道的響應速度比控制通道慢，至少應接近； （3）干擾通道與控制通道的動態(tài)特性變化不大。第二十一頁，共二十二頁，編輯于2023年，星期日練習題下圖所示的換熱器采用蒸汽加熱工藝介質(zhì)，要求介質(zhì)出口溫度達到規(guī)定的控制指標。試分析下列情況下應選擇哪一種控制方案，并