前饋控制結(jié)構(gòu)課件

主要內(nèi)容前饋控制結(jié)構(gòu)前饋與反饋控制特點(diǎn)比較前饋控制設(shè)計(jì)原理前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)前饋控制的設(shè)計(jì)原則時(shí)間滯后控制系統(tǒng)：改進(jìn)的常規(guī)控制系統(tǒng)Smith預(yù)估補(bǔ)償方案采樣控制方案

主要內(nèi)容前饋控制結(jié)構(gòu)1前饋控制結(jié)構(gòu)

Wm(s):前饋控制器；

Wo(s):過(guò)程控制通道傳遞函數(shù)；

Wf(s):過(guò)程擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)。前饋控制結(jié)構(gòu)Wm(s):前饋控制器；2前饋與反饋控制特點(diǎn)比較

反饋控制的特點(diǎn)：基于偏差來(lái)消除偏差；

“不及時(shí)”的控制；存在穩(wěn)定性問(wèn)題；對(duì)各種擾動(dòng)均有校正作用；

控制規(guī)律通常是P、PI、PD或PID等典型規(guī)律。前饋與反饋控制特點(diǎn)比較反饋控制的特點(diǎn)：3前饋與反饋控制特點(diǎn)比較前饋控制的特點(diǎn)：基于擾動(dòng)來(lái)消除擾動(dòng)對(duì)被控量的影響；

動(dòng)作“及時(shí)”；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；具有指定性補(bǔ)償?shù)木窒扌裕?/p>

控制規(guī)律取決于被控對(duì)象的特性。

前饋與反饋控制特點(diǎn)比較前饋控制的特點(diǎn)：4前饋控制器設(shè)計(jì)原理

不變性原理是實(shí)現(xiàn)前饋控制的理論基礎(chǔ)。

“不變性”是指控制系統(tǒng)的被控量與擾動(dòng)量完全無(wú)關(guān)，或在一定準(zhǔn)確度下無(wú)關(guān)。

前饋控制器設(shè)計(jì)原理不變性原理是實(shí)現(xiàn)前饋控制的理論基礎(chǔ)。5前饋模型

由不變性原理決定的動(dòng)態(tài)前饋控制器，是由被過(guò)程擾動(dòng)通道與控制通道特性之比決定的，即：因?qū)崿F(xiàn)了完全補(bǔ)償，達(dá)到了被控量不受擾動(dòng)影響的控制效果。前饋模型的結(jié)構(gòu)有時(shí)比較復(fù)雜，甚至難以實(shí)現(xiàn)。

前饋模型由不變性原理決定的動(dòng)態(tài)前饋控制器，是由被過(guò)程擾動(dòng)通6前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式

靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)：

控制器采用比例控制，是前饋模型中最簡(jiǎn)單的形式。

動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)：

動(dòng)態(tài)前饋的實(shí)現(xiàn)基于不變性原理；動(dòng)態(tài)前饋控制方案雖能顯著地提高系統(tǒng)的控制品質(zhì)，但結(jié)構(gòu)往往比較復(fù)雜；需要專(zhuān)門(mén)的控制裝置，系統(tǒng)運(yùn)行、整定也比較復(fù)雜；只有當(dāng)工藝上對(duì)控制精度要求很高，其它控制方案難以滿(mǎn)足、且存在一個(gè)“可測(cè)不可控”的主要擾動(dòng)時(shí)，才考慮使用動(dòng)態(tài)前饋方案。

前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)：7前饋控制的局限性

前饋控制屬于開(kāi)環(huán)控制方式；完全補(bǔ)償難以滿(mǎn)足，因?yàn)椋阂獪?zhǔn)確掌握過(guò)程擾動(dòng)通道特性Wf（s）及控制通道特性Wo（s）是不容易的；

即使前饋模型Wm（s）能準(zhǔn)確求出，有時(shí)工程上也難以實(shí)現(xiàn)；對(duì)每一個(gè)擾動(dòng)至少使用一套測(cè)量變送儀表和一個(gè)前饋控制器，這將會(huì)使控制系統(tǒng)龐大而復(fù)雜。前饋控制的局限性前饋控制屬于開(kāi)環(huán)控制方式；8前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)

將前饋和反饋結(jié)合起來(lái)，既發(fā)揮了前饋?zhàn)饔眉皶r(shí)克服主要擾動(dòng)對(duì)被控量影響的優(yōu)點(diǎn)，又保持了反饋控制能克服多個(gè)擾動(dòng)影響的長(zhǎng)處；降低了系統(tǒng)對(duì)前饋補(bǔ)償器的要求，使其在工程上更易于實(shí)現(xiàn)。

前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)將前饋和反饋結(jié)合起來(lái)，既發(fā)揮了前饋?zhàn)?前饋控制的設(shè)計(jì)原則

實(shí)現(xiàn)前饋控制的必要條件是擾動(dòng)量的“可測(cè)及不可控性”：“可測(cè)”：指擾動(dòng)量可以通過(guò)測(cè)量變送器，在線(xiàn)地將其轉(zhuǎn)換為前饋補(bǔ)償器所能接受的信號(hào)。

“不可控”：指這些擾動(dòng)量難以或不允許通過(guò)專(zhuān)門(mén)的控制回路予以控制，如生產(chǎn)中的負(fù)荷。

擾動(dòng)量變化頻繁且幅值較大；通常選用靜態(tài)前饋-反饋控制方案即可得到滿(mǎn)意的控制效果。前饋控制的設(shè)計(jì)原則實(shí)現(xiàn)前饋控制的必要條件是擾動(dòng)量的“可測(cè)及10前饋控制設(shè)計(jì)舉例在二段磨礦生產(chǎn)過(guò)程中，球磨機(jī)內(nèi)的濃度與二段分級(jí)返砂量有關(guān)，而二段分級(jí)機(jī)返砂量受細(xì)度控制影響很大。這是因?yàn)?，二次分?jí)溢流細(xì)度作為重要生產(chǎn)指標(biāo)必須嚴(yán)格控制，而控制細(xì)度的方法是往分級(jí)機(jī)內(nèi)添加二次溢流補(bǔ)加水：當(dāng)細(xì)度變粗時(shí)，加大給水量，加速分級(jí)機(jī)內(nèi)礦砂沉淀，較粗的礦砂返回二段球磨，只有較細(xì)的礦砂才會(huì)溢出；反之則減小給水量保證細(xì)度相對(duì)穩(wěn)定。

前饋控制設(shè)計(jì)舉例在二段磨礦生產(chǎn)過(guò)程中，球磨機(jī)內(nèi)的濃度與二段分11前饋控制設(shè)計(jì)舉例在生產(chǎn)中，由于控制細(xì)度的二次溢流補(bǔ)加水量變化較大，會(huì)導(dǎo)致分級(jí)返砂量變化也很大，從而使二段球磨機(jī)濃度難以穩(wěn)定。若僅以濃度值進(jìn)行反饋控制，調(diào)節(jié)過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不能允許的動(dòng)態(tài)偏差。針對(duì)這種變化頻繁且幅度較大的擾動(dòng)，決定引入前饋控制。

前饋控制設(shè)計(jì)舉例在生產(chǎn)中，由于控制細(xì)度的二次溢流補(bǔ)加水量變化12前饋控制結(jié)構(gòu)課件13前饋控制結(jié)構(gòu)課件14時(shí)間滯后控制系統(tǒng)

時(shí)間滯后是純滯后與容量滯后的總稱(chēng)。

純滯后：往往是由于物料或能量需要經(jīng)過(guò)一個(gè)傳輸過(guò)程而形成的；容量滯后：往往是由于對(duì)象中包含多個(gè)容積所引起的。時(shí)間滯后控制系統(tǒng)時(shí)間滯后是純滯后與容量滯后的總稱(chēng)。15時(shí)間滯后控制系統(tǒng)過(guò)程擾動(dòng)通道中的純滯后對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能沒(méi)有影響；過(guò)程控制通道或測(cè)量變送元件上的純滯后，將影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，引起閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯降低，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間加長(zhǎng)。τ/T≥0.3時(shí)，就被認(rèn)為是具有較大純滯后的工藝過(guò)程，常用控制方法：改進(jìn)的常規(guī)控制方案；預(yù)估補(bǔ)償方案；采樣控制方案。時(shí)間滯后控制系統(tǒng)過(guò)程擾動(dòng)通道中的純滯后對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能沒(méi)16改進(jìn)的常規(guī)控制系統(tǒng)

微分先行控制方案可以有效地改善容量滯后工藝過(guò)程的控制質(zhì)量。在給定值頻繁變化時(shí)，微分先行方案的控制品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)PID控制方案，尤其在減小超調(diào)量方面效果更佳。

改進(jìn)的常規(guī)控制系統(tǒng)微分先行控制方案可以有效地改善容量滯后工17Smith預(yù)估補(bǔ)償方案預(yù)先估計(jì)出被控過(guò)程動(dòng)態(tài)模型；然后將預(yù)估器并聯(lián)在被控過(guò)程上，使其對(duì)過(guò)程中的純滯后特性進(jìn)行補(bǔ)償，力圖將被延遲了時(shí)間τ的被控量提前送入調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器能提前動(dòng)作，通過(guò)補(bǔ)償裝置理論上可消除純滯后特性在閉環(huán)中的影響。

Smith預(yù)估補(bǔ)償方案預(yù)先估計(jì)出被控過(guò)程動(dòng)態(tài)模型；18Smith預(yù)估補(bǔ)償方案

引入Smith預(yù)估補(bǔ)償器的目的是使調(diào)節(jié)器Wc（s）所控制的等效對(duì)象中能消除純滯后部分，即：Wo（s）e-τs+Ws（s）=Wo（s）

Smith預(yù)估補(bǔ)償方案引入Smith預(yù)估補(bǔ)償器的目的是使調(diào)19采樣控制方案

“調(diào)一下，等一等”的辦法；當(dāng)調(diào)節(jié)器輸出達(dá)一定時(shí)間后，就不再使增加（或減小）了，而是保持此值（保持的時(shí)間與純滯后時(shí)間τ0相等或再稍長(zhǎng)些），直到控制作用的效果在被控量變化中反映出來(lái)為止；根據(jù)偏差的大小再?zèng)Q定下一步的控制動(dòng)作。采樣控制方案“調(diào)一下，等一等”的辦法；20采樣控制方案核心思想是避免調(diào)節(jié)器進(jìn)行不必要的誤操作，而寧愿讓控制作用弱一些。無(wú)需掌握精確的過(guò)程動(dòng)態(tài)特性，就能克服被控過(guò)程中純滯后對(duì)控制帶來(lái)的不利影響。注意采樣周期的選取應(yīng)略大于過(guò)程的純滯后時(shí)間。

采樣控制方案核心思想是避免調(diào)節(jié)器進(jìn)行不必要的誤操作，而寧愿讓21前饋及采樣控制設(shè)計(jì)舉例礦石由從地下提升到主井，經(jīng)多臺(tái)電振給料機(jī)振動(dòng)下料后，送往中碎車(chē)間的礦石破碎機(jī)進(jìn)行第一次破碎。破碎后的礦石經(jīng)3A皮帶運(yùn)輸進(jìn)行篩分處理。較細(xì)的礦石送往篩洗車(chē)間進(jìn)行進(jìn)一步加工，而較粗的礦石則進(jìn)行第二次破碎，出料再返回3A皮帶，再進(jìn)行一次篩分循環(huán)。另外，3A皮帶還擔(dān)負(fù)著從1#主井來(lái)的較粗礦石的輸送任務(wù)。

前饋及采樣控制設(shè)計(jì)舉例礦石由從地下提升到主井，經(jīng)多臺(tái)電振給料22前饋控制結(jié)構(gòu)課件23前饋及采樣控制設(shè)計(jì)舉例在3A皮帶接受的三路物料中