過程控制-第4章-前饋控制系統(tǒng)PPT課件

1、2021/6/71 2021/6/72 2021/6/73 2021/6/74 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 2021/6/75 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 2021/6/76 2021/6/77 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 2021/6/78 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 2021/6/79 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 2021/6/710 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

2、制器執(zhí)行器 被控變量 測量變送器 干擾通道 2021/6/711 2021/6/712 2021/6/713 )0( )0( )0( PC PD ff G G G 2021/6/714 ssip HGQC)( 0 )( 0i s p S H C QG )( 10I S P s H C QG 2021/6/715 換熱器的靜態(tài)前饋控制 2021/6/716 2021/6/717 2021/6/718 反饋控制的優(yōu)點(diǎn)：反饋控制的優(yōu)點(diǎn)： 任何擾動(dòng)對系統(tǒng)的影響均可消除；任何擾動(dòng)對系統(tǒng)的影響均可消除； 系統(tǒng)準(zhǔn)確性高。系統(tǒng)準(zhǔn)確性高。 反饋控制的缺點(diǎn)：反饋控制的缺點(diǎn)： 有偏差才控制有偏差才控制; 不能事先規(guī)

3、定調(diào)節(jié)器的輸出。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(yáng)長避短將前饋、反饋控制結(jié)合可優(yōu)勢互補(bǔ)，揚(yáng)長避短 2021/6/719 前饋與反饋相結(jié)合，構(gòu)成 前饋反饋控制系統(tǒng) （FFC-FBC） 當(dāng)N變化時(shí)，前饋控制器改變加熱蒸氣Fs以補(bǔ) 償N對被控變量Y的影響； 同時(shí)反饋對其它干擾如物料入口溫度等按PID 規(guī)律進(jìn)行校正，這樣兩個(gè)校正作用相疊加，使Y盡 快回到給定值。 Gff 對 象 Mff Y Y2 FS TC Sp 2021/6/720 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。 前饋-反饋控制方框圖 Wff(S)Wf(S) Wo(S) + - Y

4、1 Sp N Y + Y2 TC(S) Wff 對 象 Mff FS TC Sp N Y 2021/6/721 )()(1 )()( )()(1 )( )( )( SWSTC SWSW SWSTC SW SN SY o off o f 干擾N對被控變量Y的閉環(huán)傳遞函數(shù)為： Wff(S)Wf(S) Wo(S) + - Y1 Sp N Y + Y2 TC(S) 2021/6/722 0)(,0)(SYSN )( )( )( 0)()()( SW SW SW SWSWSW o f ff offf 應(yīng)用絕對不變性條件： 可推導(dǎo)出前饋控制器的傳遞函數(shù)： 可見: FFC-FBC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償?shù)臈l件與 F

5、FC相同。 )()(1 )()( )()(1 )( )( )( SWSTC SWSW SWSTC SW SN SY o off o f 2021/6/723 2021/6/724 Wff 對 象 Mff Y FS TCSp 2021/6/725 Sp Wff N Mff Y1 Y2 TC FC FS 前饋-串級控制方框圖 Wff(S)Wf(S) Wo1(S) + - Sp N Y TC(S) + Wo2(S) FC(S) - 利用串級控制副回路的特性，降低對執(zhí)行器要求： 2021/6/726 )()()(1 )()()()( )( )( 1 2 1 2 SWSWSTC SWSWSWSW SN

6、SY oo oofff 式中，Go2為副回路等效對象的傳遞函數(shù)： )()(1 )()( )( 2 2 2 SWSFC SWSFC SW o o o Wff(S)Wf(S) Wo1(S) + - Sp N Y TC(S) + Wo2(S) FC(S) - 2021/6/727 串級控制系統(tǒng)中副回路是一個(gè)很好的隨動(dòng)系統(tǒng)， 可把副回路近似處理為： 1)( 2 SWo 0)(, 0)(SYSN 應(yīng)用不變性條件： 可推導(dǎo)出前饋控制器的傳遞函數(shù)： )( )( )()( )( )( 11 2 SW SW SWSW SW SW o f oo f ff 可見，無論哪種形式的前饋控制系統(tǒng)，其前饋 控制器的傳遞函數(shù)

7、均可表示為對象的干擾通道與 控制通道的特性之比，并前面加以“負(fù)”號。 2021/6/728 0)(0)(:tYtN時(shí)，當(dāng)即 被控過程 及儀表 Y(t) N(t) 2021/6/729 2021/6/730 前饋控制 Wff(S) Wf(S) Wo(S) + + Y1(s) Y2(s) N(s) Y(s) 前饋控制方框圖 Wff N F Y(s)Y1(s) Y2(s) 2021/6/731 前饋控制 Wff(S) Wf(S) Wo(S) + + Y1(s) Y2(s) N(s) Y(s) 前饋控制方框圖 N N y y2(t) y1(t) t t 前饋控制系統(tǒng)補(bǔ)償過程 Wff N F Y(s)Y

8、1(s) Y2(s) y1(t)+ y2(t)=0 0)(0)(:tYtN時(shí)，當(dāng)即 2021/6/732 y y1 1(t)(t) y y2 2(t)(t) 系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出y(t) 靜態(tài)偏差 為0 動(dòng)態(tài)偏差 不為0 2021/6/733 y y1 1(t)(t) y y2 2(t)(t) 系統(tǒng)輸出y(t)y(t) 2021/6/734 )()( )( )( 包含執(zhí)行器：控制通道傳函 含測量環(huán)節(jié)）：前饋控制器傳函（包 ：擾動(dòng)通道傳函 SW SW SW o ff f Wff N F Y(s) Y1(s) Y2(s) 對 象 Wff(S) Wf(S) Wo(S) + + Y1(s) Y2(s) N

9、(s) Y(s) V(S)Wo(S) V(S) 2021/6/735 )()()( )( )( )()()()()()( SWSWSW SN SY SNSWSWSNSWSY offf offf 0)()()(: 0)(, 0)( SWSWSW SYSN offf 即 Wff(S) Wf(S) Wo(S) + + Y1(s) Y2(s) N(s) Y(s) 2021/6/736 )(/ )()(SWSWSW offf )()( )( ()( 包含執(zhí)行器：控制通道傳函 ：擾動(dòng)通道傳函 包含測量環(huán)節(jié)）：前饋控制器傳函 SW SW SW o f ff 2021/6/737 )(/ )()(SWSWSW

10、 offf 的增益是 的增益是 其中 )( )( : /)( SWK SWK KKKSW oo ff ffofff 擾動(dòng)擾動(dòng)N 擾動(dòng)輸出擾動(dòng)輸出 調(diào)節(jié)輸出調(diào)節(jié)輸出 系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出 2021/6/738 Wff(s) Wo(s) Wf(s) N 擾動(dòng)擾動(dòng)N 動(dòng)態(tài)前饋要?jiǎng)討B(tài)前饋要 補(bǔ)償?shù)拿娣e補(bǔ)償?shù)拿娣e 動(dòng)態(tài)過程產(chǎn)生動(dòng)態(tài)過程產(chǎn)生 的偏差的偏差 擾動(dòng)輸出擾動(dòng)輸出 前饋補(bǔ)償前饋補(bǔ)償 系統(tǒng)輸出系統(tǒng)輸出 動(dòng)態(tài)前饋 Wff(s)滿足絕對 不變性： 靜態(tài)前饋控制靜態(tài)前饋控制 )(/ )()(SWSWSW offf 2021/6/739 )(/ )()(SWSWSW offf 動(dòng)態(tài)前饋控制器： s f o o

11、f ff s o o o s f f f of o f e sT sT K K SW e sT K SW e sT K SW )( 1 1 )(: 1 )( 1 )( 則 2021/6/740 動(dòng)態(tài)前饋控制器動(dòng)態(tài)前饋控制器: 討 論： （1）T To o= T= Tf f，則，則 若若,動(dòng)態(tài)前饋為純遲延,可實(shí)現(xiàn)； 若若,動(dòng)態(tài)前饋為純提前,不可實(shí)現(xiàn)。 擾擾 動(dòng)動(dòng) N 由此可得：在選擇控制通道時(shí)應(yīng)選由此可得：在選擇控制通道時(shí)應(yīng)選 擇擇純遲延短純遲延短的通道。的通道。 Wff(s) Wo(s) Wf(s) N s f o o f ff of e sT sT K K SW )( 1 1 )( s o

12、f ff of e K K SW )( )( of of 控控 制制 控控 制制 f o o 2021/6/741 （2） f = o ，則，則 若若T To o= T= Tf f , 若若T To oTTf f , 若若T To oTTf f , 為超前補(bǔ)償特性為超前補(bǔ)償特性 為滯后補(bǔ)償特性為滯后補(bǔ)償特性 為比例環(huán)節(jié)為比例環(huán)節(jié) 擾擾 動(dòng)動(dòng) N 一般對象的純遲延并不明顯，因此動(dòng)一般對象的純遲延并不明顯，因此動(dòng) 態(tài)前饋常采用態(tài)前饋常采用: sT sT K K SW f o o f ff 1 1 )( o f ff K K SW)( )(SW ff )(SW ff Wff(s) Wo(s) Wf(

13、s) N sT sT KSW ffff 2 1 1 1 )( 超前超前 滯后滯后 2021/6/742 2021/6/743 Wff N F Mff Y )( )( )( SW SW SW o f ff 2021/6/744 N N Y Y2 Y1 t t )( )( )( SW SW SW o f ff Gff(S) Gf(S) Go(S) + + Y1 Y2 NY 前饋控制方框圖 2021/6/745 2021/6/746 Wff N FS Mff Y Y2 0)( 2 SSp hFYYcN Cp物料的比熱容 hs蒸汽的汽化潛熱 )( 2 YY h c NF S p S 2021/6/74

14、7 S p ff S p S h c W XYX h c NF 設(shè)定溫度),( 2 由上式可求得，靜態(tài)前饋控制方程式為： 靜態(tài)前饋控制原理圖 N FS Mff Y Y2 Cp/hS X - FC 2021/6/748 2021/6/749 T1CT2C 燃料 原油 T1C 燃料 原油 Wff 2021/6/750 TC 燃料 原油 FC 上圖所示的系統(tǒng)方框圖 FTWf(S) Wo(S) + - F TC - FC 2021/6/751 sT sT KSW ffff 2 1 1 1 )( 2021/6/752 Wff(S)Wf(S) Wo(S) + - N TC(S) +K 2021/6/753

15、 Wff(S)Wf(S) Wo(S) + - N TC(S) + K 在FFC-FBC運(yùn)行下整定 方法1： 開關(guān)K打開，在只有反饋時(shí)，整定反饋控 制器的參數(shù)； 2021/6/754 Kff=0 無前饋 Kff適當(dāng) 補(bǔ)償合適 Kff太小 欠補(bǔ)償Kff過大 過補(bǔ)償 2021/6/755 Wff(S)Wf(S) Wo(S) + - N TC(S) + K 2021/6/756 01 01 NN uu K ff Kff(S)Wf(S) Wo(S) + - N TC(S) + K 2021/6/757 (a)欠補(bǔ)償(b)過補(bǔ)償(c)補(bǔ)償合適 動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償器T T1 1和和T T2 2的整定的整定 sT sT KSW ffff 2 1 1 1 )( 2021/6/758 補(bǔ)償合適：T1=To，T2=Tf，為完全動(dòng)態(tài)補(bǔ)償； T1、T2為其他值，為欠補(bǔ)償或過補(bǔ)償： 藍(lán)線為前饋控制器輸出，紅線為系統(tǒng)輸出藍(lán)線為前饋控制