前饋控制系統(tǒng)課件

前饋控制前饋控制的提出和基本概念前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)前饋控制的選用與穩(wěn)定性前饋控制系統(tǒng)的工程整定前饋控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用前饋控制前饋控制的提出和基本概念1前饋控制的提出和基本概念換熱器工藝流程圖前饋控制的提出和基本概念換熱器工藝流程圖2換熱器控制要求換熱器控制要求3換熱器溫度反饋控制系統(tǒng)TTTC換熱器溫度反饋控制系統(tǒng)TTTC4反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)反饋控制的本質(zhì)是“基于偏差來消除偏差”。是一種“不及時(shí)”的控制：無論擾動(dòng)發(fā)生在哪里，總要等到被控量發(fā)生偏差后，調(diào)節(jié)器才開始調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)器的動(dòng)作總要落后擾動(dòng)作用的發(fā)生。存在“穩(wěn)定性”問題：必須進(jìn)行分析。對包圍在環(huán)內(nèi)的一切擾動(dòng)量均能抑制。反饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)反饋控制的本質(zhì)是“基于偏差來消除偏差”。5前饋控制的原理與特點(diǎn)選擇影響被控量，并且可測量的主要擾動(dòng)，構(gòu)成前饋控制系統(tǒng)FT前饋補(bǔ)償器前饋控制的原理與特點(diǎn)選擇影響被控量，并且可測量的主要擾6前饋控制系統(tǒng)框圖GPD(s)GPC(s)前饋控制系統(tǒng)框圖GPD(s)GPC(s)7前饋控制的補(bǔ)償原理前饋控制的補(bǔ)償原理8前饋控制的特點(diǎn)“基于擾動(dòng)來消除擾動(dòng)對被控量的影響”，又稱為“擾動(dòng)補(bǔ)償”；擾動(dòng)發(fā)生后，前饋控制“及時(shí)”動(dòng)作；屬于開環(huán)控制，只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定；只適合于可測不可控的擾動(dòng)；控制規(guī)律取決于被控對象的特性；一種前饋控制只能克服一種擾動(dòng)。前饋控制的特點(diǎn)“基于擾動(dòng)來消除擾動(dòng)對被控量的影響”，又稱為“9（1）可測：擾動(dòng)量可以通過測量變送器，在線地將其轉(zhuǎn)換為前饋補(bǔ)償器所能接受的信號。（2）不可控：擾動(dòng)量與控制量之間的相互獨(dú)立性，即控制通道的傳遞函數(shù)與擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)無關(guān)聯(lián)，從而控制量無法改變擾動(dòng)量的大小。（1）可測：擾動(dòng)量可以通過測量變送器，在線地將其轉(zhuǎn)換為前饋補(bǔ)10前饋控制的局限性完全補(bǔ)償難以實(shí)現(xiàn)：擾動(dòng)通道和控制通道的數(shù)學(xué)模型很難準(zhǔn)確求出；即使求出，工程上難以實(shí)現(xiàn)。只能克服可測不可控的擾動(dòng)前饋控制的局限性完全補(bǔ)償難以實(shí)現(xiàn)：擾動(dòng)通道和控制通道的數(shù)學(xué)模11前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式單純的前饋控制系統(tǒng)前饋-反饋控制系統(tǒng)前饋-串級控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式單純的前饋控制系統(tǒng)12前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)13補(bǔ)償器數(shù)學(xué)模型補(bǔ)償器數(shù)學(xué)模型14結(jié)構(gòu)一的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)一的數(shù)學(xué)模型15結(jié)論2.只要對主要干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償，其它干擾由反饋控制予以校正。結(jié)論2.只要對主要干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償，其它干擾由反饋控制予以校16結(jié)構(gòu)之二結(jié)構(gòu)之二17補(bǔ)償器數(shù)學(xué)模型補(bǔ)償器數(shù)學(xué)模型18工業(yè)應(yīng)用：加熱爐前饋-反饋控制FTTT工業(yè)應(yīng)用：加熱爐前饋-反饋控制FTTT19分析分析20前饋-串級復(fù)合控制系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)框圖：由于串級控制系統(tǒng)對進(jìn)入副回路的擾動(dòng)影響有較強(qiáng)的抑制作用，所以前饋控制主要克服一次擾動(dòng)。前饋-串級復(fù)合控制系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)框圖：由于串級控制系統(tǒng)對進(jìn)入副21前饋控制模型前饋控制模型22前饋控制系統(tǒng)ppt課件23工業(yè)應(yīng)用：加熱爐溫度控制系統(tǒng)FTTTFT工業(yè)應(yīng)用：加熱爐溫度控制系統(tǒng)FTTTFT24習(xí)題5.11習(xí)題5.1125前饋控制系統(tǒng)ppt課件26確定控制器的正反作用形式先研究副調(diào)節(jié)器確定控制器的正反作用形式先研究副調(diào)節(jié)器27再研究主調(diào)節(jié)器再研究主調(diào)節(jié)器28習(xí)題5.12畫出結(jié)構(gòu)圖;串級控制是由內(nèi)外兩個(gè)反饋回路所組成，而前饋-反饋控制是由一個(gè)反饋回路和另一個(gè)開環(huán)的補(bǔ)償回路疊加而成；習(xí)題5.12畫出結(jié)構(gòu)圖;29串級控制中的副參數(shù)是反映主被控變量的中間變量，控制作用對它產(chǎn)生明顯的調(diào)節(jié)效果；而前饋-反饋控制中的前饋輸入量是對主被控變量有顯著影響的干擾量，是完全不受控制作用約束的獨(dú)立變量；串級控制中的副參數(shù)是反映主被控變量的中間變量，控制作用對它產(chǎn)30a圖的框圖a圖的框圖31b圖的框圖b圖的框圖32前饋控制的選用與穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)前饋控制的必要條件是擾動(dòng)量的可測及不可控性（1）可測：擾動(dòng)量可以通過測量變送器，在線地將其轉(zhuǎn)換為前饋補(bǔ)償器所能接受的信號。（2）不可控：擾動(dòng)量與控制量之間的相互獨(dú)立性，即控制通道的傳遞函數(shù)與擾動(dòng)通道的傳遞函數(shù)無關(guān)聯(lián)，從而控制量無法改變擾動(dòng)量的大小。前饋控制的選用與穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)前饋控制的必要條件是擾動(dòng)量的可測及33前饋控制的選用與穩(wěn)定性前饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性（1）前饋控制是開環(huán)控制，只要各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，系統(tǒng)就是穩(wěn)定的；（2）前饋-反饋、前饋-串級系統(tǒng)，只要反饋或串級系統(tǒng)是穩(wěn)定的，則相應(yīng)的前饋-反饋、前饋-串級控制系統(tǒng)也一定穩(wěn)定；（3）無自平衡能力的生產(chǎn)過程，通常不能單獨(dú)使用前饋控制。前饋控制的選用與穩(wěn)定性前饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性34前饋控制系統(tǒng)的工程整定前饋控制模型是由過程擾動(dòng)通道和過程控制通道決定的，但準(zhǔn)確獲取過程擾動(dòng)通道和過程控制通道的傳遞函數(shù)通常很困難，所以理論整定難以進(jìn)行，目前廣泛采用的是工程整定法。參見教材P138-142。前饋控制系統(tǒng)的工程整定前饋控制模型是由過程擾動(dòng)通道和過程控制35前饋控制系統(tǒng)的實(shí)施相當(dāng)數(shù)量的工業(yè)對象都具有非周期性與過阻尼的特性，經(jīng)常可用一個(gè)一階或二階容量滯后，必要時(shí)再串一個(gè)純滯后環(huán)節(jié)來近似。前饋控制系統(tǒng)的實(shí)施相當(dāng)數(shù)量的工業(yè)對象都具有非周期性與過阻尼的36前饋控制系統(tǒng)ppt課件37前饋控制系統(tǒng)ppt課件38動(dòng)態(tài)特性具有超前特性，適合于控制通道滯后大于干擾通道滯后具有滯后特性，適合于控制通道滯后小于干擾通道滯后動(dòng)態(tài)特性具有超前特性，適合于控制通道滯后大于干擾通道滯后具有39實(shí)現(xiàn)辦法實(shí)現(xiàn)辦法40大滯后補(bǔ)償控制大滯后帶來的影響大滯后過程的預(yù)估補(bǔ)償控制增益自適應(yīng)的預(yù)估補(bǔ)償控制大滯后補(bǔ)償控制大滯后帶來的影響41大滯后帶來的影響由于過程控制通道中純滯后的存在，被控量不能及時(shí)反映系統(tǒng)承受的擾動(dòng)。擾動(dòng)量影響的反映要依靠被控參數(shù)的檢測，由于滯后的存在，反映時(shí)間滯后，因而開始調(diào)節(jié)的時(shí)間也滯后——調(diào)節(jié)不及時(shí)。過程會(huì)產(chǎn)生明顯的超調(diào)量和較長的調(diào)節(jié)時(shí)間。（原因是調(diào)節(jié)不及時(shí)）大滯后帶來的影響由于過程控制通道中純滯后的存在，被控量不能及42大滯后的界定與控制方案大滯后的界定與控制方案43大滯后過程的預(yù)估補(bǔ)償控制基本思想：按照過程特性，預(yù)估出一種模型加入到反饋控制系統(tǒng)中，以補(bǔ)償過程的動(dòng)態(tài)特性。大滯后過程的預(yù)估補(bǔ)償控制基本思想：按照過程特性，預(yù)估出一種模44Smith預(yù)估補(bǔ)償控制Smith預(yù)估補(bǔ)償控制45前饋控制系統(tǒng)ppt課件46Smith預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)Smith預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)47Smith預(yù)估補(bǔ)償控制等效框圖Smith預(yù)估補(bǔ)償控制等效框圖48前饋控制系統(tǒng)ppt課件49前饋控制系統(tǒng)ppt課件50Smith補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)用近似數(shù)學(xué)模型模擬純滯后環(huán)節(jié)—帕德一階和二階近似式Smith補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)用近似數(shù)學(xué)模型模擬純滯后環(huán)節(jié)—帕德一階和51帕德一階近似式帕德一階近似式52帕德二階近似式帕德二階近似式53帕德近似式的實(shí)現(xiàn)帕德近似式的實(shí)現(xiàn)54前饋控制系統(tǒng)ppt課件55Smith補(bǔ)償控制系統(tǒng)框圖Smith補(bǔ)償控制系統(tǒng)框圖56Smith預(yù)估補(bǔ)償控制存在的問題Smith預(yù)估補(bǔ)償控制存在的問題57增益自適應(yīng)預(yù)估補(bǔ)償控制A/B增益自適應(yīng)預(yù)估補(bǔ)償控制A/B58加熱爐溫度預(yù)估補(bǔ)償控制軋鋼車間加熱爐多點(diǎn)平均溫度反饋控制系統(tǒng)

系統(tǒng)主要配置：六臺設(shè)有斷偶報(bào)警裝置的溫度變送器、三臺高值選擇器、一臺加法器、一臺PID調(diào)節(jié)器和一臺電/氣轉(zhuǎn)換器加熱爐溫度預(yù)估補(bǔ)償控制軋鋼車間加熱爐多點(diǎn)平均溫度反饋控制系統(tǒng)59加熱爐溫度反饋控制系統(tǒng)流程圖TT1TT2TT3TT4TT5TT6加熱爐溫度反饋控制系統(tǒng)流程圖TT1TT2TT3TT4TT5T60系統(tǒng)簡介系統(tǒng)簡介61前饋控制系統(tǒng)ppt課件62前饋控制系統(tǒng)ppt課件63Smith預(yù)估補(bǔ)償控制方案Smith預(yù)估補(bǔ)償器Smith預(yù)估補(bǔ)償控制方案Smith預(yù)估補(bǔ)償器64Smith預(yù)估補(bǔ)償控制分析Smith預(yù)估補(bǔ)償控制分析65前饋控制系統(tǒng)ppt課件66前饋控制系統(tǒng)ppt課件67增益自適應(yīng)補(bǔ)償控制方案TT1TT2TT1TT2TT1TT2增益自適應(yīng)補(bǔ)償控制方案TT1TT2TT1TT2TT1TT268等效框圖等效框圖69增益自適應(yīng)P