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前馈反馈控制系统

前馈反馈控制系统
前馈反馈控制系统

前馈—反馈复合控制系统

摘要

流量是工业生产过程中重要的被控量之一,因而流量控制的研究具有很大的现实意义。锅炉的流量控制对石油、冶金、化工等行业来说必不可少。本论文的目的是锅炉进水流量定值控制,在设计中充分利用自动化仪表技术,计算机技术,自动控制技术,以实现对水箱液位的过程控制。首先对被控对象的模型进行分析,并采用实验建模法求取模型的传递函数。然后,根据被控对象模型和被控过程特性并加入PID调节器设计流量控制系统,采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。同时,通过对实际控制的结果进行比较,验证了过程控制对提高系统性能的作用。随着计算机控制技术的迅速发展,组态技术开始得到重视与运用,它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题,使用户能根据控制对象和控制目的任意组态,完成最终的自动化控制工程。

关键词:流量定值;过程控制;PID调节器;前馈控制;系统仿真

目录

一.前馈控制

1.前馈控制的定义

2.换热器前馈控制

二.前馈控制的特点及局限性

1.前馈控制的特点

2.前馈控制的局限性

三.反馈控制

1.定义

2.反馈控制的特点

四.复合控制系统特性

1.前馈-反馈复合控制原理

2.复合控制系统特点

五.小结

六.参考文献

一、前馈控制

1.前馈控制的定义

前馈控制(英文名称为Feedforward Control),是按干扰进行调节的开环调节系统,在干扰发生后,被控变量未发生变化时,前馈控制器根据干扰幅值,变化趋势,对操纵变量进行调节,来补偿干扰对被控变量的影响,使被控变量保持不变的方法。

2.换热器前馈控制

在热工控制系统中,由于控对象通常存在一定的纯滞后和容积滞后,因而从干扰产生到被调量发生变化需要一定的时间。从偏差产生到调节器产生控制作用以及操纵量改变到被控量发生变化又要经过一定的时间,可见,这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定植之前,从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果,如果直接按扰动而不是按偏差进行控制,也就是说,当干扰一出现调节器就直接根据检测到的干扰大小和方法按一定规律去控制。由于干扰发生后被控量还未显示出变化之前,调节器就产生了控制作用,这在理论上就可以把偏差彻底消除。按照这种理论构成的控制系统称为前馈控制系统,显然,前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制系统及时的多。

前馈控制系统的工作原理可结合下面图1所示的换热器前馈控制进一步说明,图中虚线部分表示反馈控制系统。

图1换热器物料出口温度前馈控制流程图

t一定。当被加换热器是用蒸汽的热量加热排管中的料液,工艺上要求料液出口温度

1

热水流量发生变化时,若蒸汽量不发生变化,而要使出口温度保持不变,就必须在被加热水量发生变化的同时改变蒸汽量。这就是一个前馈控制系统。

图中虚线所示是反馈控制的方法,这种方法没有前馈控制及时。图1前馈控制系统的原理框图于图2所示。

图2 前馈控制系统的一般框图 图中,B K :测量变送器的变送系数; ()S W DZ :干扰通道对象传递函数; ()S W D :控制通道对象传递函数;

()S W B :前馈控制装置或前馈调节器的传递函数。

理想的情况下,针对某种扰动的前馈控制系统能够完全补偿因扰动而引起的对被调量的影响。实现对干扰完全补偿的关键是确定前馈控制器(前馈调节器)的控制作用,显然

()S W B 取决于对象控制通道和干扰通道的特性。

由图2可得:

()()()()[]S D B B DZ Z S W S W K S W S Y += (1) 令0=B K 则有:

()()

()()()S W S W S W S Z S Y D B DZ += (2)

式中:()S W DZ 是干扰引起的输出。在理想的情况下,经过前馈控制以后,被调量不变,即实现了所谓“完全补偿”,此时:

()()

()()()0=+=S W S W S W S Z S Y D B DZ 所以,前馈控制器的控制规律为:

()()()

S W S W S W D DZ B -

= (3) 上式说明前馈控制的控制规律完全是由对象特性决定的,它是干扰通道和控制通道传递函数之商,式中负号表示控制作用的方向与干扰作用相反。

如果()S W DZ 和 ()S W D 可以很准确测出,且()S W B 完全和上式确定的特性一致,则不论干扰信号是怎样的形式,前馈控制都能起到完全控制的作用,使被调量因干扰而引起的动态和稳态偏差均是零。

二、前馈控制系统的特点 1.前馈控制的特点

前馈控制的特点有:前馈控制系统是开环控制系统;按干扰进行控制,控制及时,精度高;仅仅对前馈量有控制作用;前馈控制器为多用控制器;不能随时了解被控变量变化情况。

2.前馈控制的局限性

前馈控制只能抑制可测干扰对被控参数的影响。.其次,由于实际工业对象存在着多个干扰,为了补偿它们对被控变量的影响,势必要设计多个前馈通道,这就增加了投资费用和维护工作量。此外前馈控制器的数学模型是由过程动态()S W DZ 和()S W D 决定的,而()S W DZ 和

()S W D 的精度模型是很难得到的,也受多种因素的限制,对象特性要受负荷和工况等因素

的影响而产生漂移,必将导致干扰通道和控制通道的变化,因此一个固定的前馈模型难以获得良好的控制品质。

三.反馈控制 1.定义

反馈控制(英文名称为Feedback Control ),是指从被控对象获取信息,按照偏差的极性而向相反的方向改变控制量,再把调节被控量的作用馈送给控制对象,这种控制方法称为反馈控制,也称作按偏差控制。反馈控制总是通过闭环来实现的。 2.反馈控制的特点

反馈控制的特点有:按偏差进行调节;调节量小,失调量小;能随时了解被控变量变化情况;输出影响输入(闭环)。 反馈控制必须有偏差才能进行调节,调节作用落后于干扰作用;调节不及时,被控变量总是变化的。

四.复合控制系统特性

正如前面所指出的那样,前馈控制能依据干扰值的大小在被调参数偏离给定值之前进

行控制,使被调量始终保持在给定值上。这样一个看起来相当完美的控制方式也有其局限性。首先表现在前馈控制系统中不存在被调量的反馈,即对于补偿的结果没有前言的手段。因而,当前前馈作用并没有最后消除偏差时,系统无法得知这一信息而作进一步的校正。其次,由于实际工业对象存在着多个干扰,为了补偿它们对被调量的影响,势必设计多个前馈通道,增加了投资费用和维护工作量。此外当干扰通道的时间常数小于控制通道的时间常数时,不能实现完全补偿。再者,前馈控制模型的精度也受到多种因素的限制,对象特性受负荷和工况等因素的影响而产生偏移,必然导致()S W D 和()S W DZ 的变化,因此一个事先固定的前馈模型不可能获得良好的控制质量。

鉴于以上原因,前馈控制往往不能单独使用。为了获得满意的控制效果,通常是将前馈控制与反馈控制相结合,组成前馈-反馈复合控制系统。该复合系统一方面利用前馈控制及时有效地减少干扰对被控参数的动态影响;另一方面则利用反馈控制使被控参数稳定在设定值上,从而保证系统有较高的控制质量。

1.前馈-反馈复合控制原理

前馈控制又称扰动补偿,它与反馈调节原理完全不同,是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化,当干扰刚刚出现并能被测出时,调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化,使两者在被调量发生偏差之前抵消。因此,前馈调节对干扰的客服比反馈调节及时。但是前馈控制是开环控制,其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后,按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。 2.复合控制系统特点

(1)引入反馈控制后,前馈控制中的完全补偿条件不变。 图3为前馈—反馈复合控制系统的原理方框图。

图3 换热器前馈-反馈控制系统框图

由图可得,没有加入反馈作用时完全补偿的条件为:

()()()

S W S W S W D DZ B -

= (4) 加上反馈后有:

()()()()()()()()()()()

()S Z S W S W S W S W S W S X S W S W S W S W S Y D T DZ D B D T D T ?+++?+=

11 (5) 式(5)中()0=S X ,()0≠S Z ,应用不变性原理有:

()()()()()

01=++S W S W S W S W S W D T DZ D B 即:

()()()

S W S W S W D DZ B -

= (6) 式(4)与式(6)完全一样。

而如果不加前馈作用,即若()0=S W B ,显然,

()()()()()()()()()

()S Z S W S W S W S X S W S W S W S W S Y D T DZ D T D T ?++?+=

11 由于()0≠S W DZ ,因此扰动对系统输出是有影响的。

(2)复合控制系统补偿控制的规律不仅与对象控制通道和干扰通道的传递函 数有关,还与反馈调节器的位置有关。

若复合控制系统的组成如图(4)所示,反馈调节器与图(3)相比,不是放在前馈信号前面,而是放在后面,则有:

()()()()()()()()()()()()()S Z S W S W S W S W S W S W S X S W S W S W S W S Y D T DZ D T B D T D T ?+++?+=

11

图4 反馈调节器放在前馈信号前面

可得完全补偿条件:

()()()()

S W S W S W S W D T DZ B -=

(7) 显然与式(4)不同。

(3) 复合控制时,扰动对输出的影响要比纯前馈时小得多。

为方便比较,设系统为定值控制,即()0=S X ,专门讨论扰动Z (s )对系统的影响。

因为前馈控制不可能完全补偿,即Y(s)的第二项不可能完全为零,令其为()S ?,那么,纯前馈控制时:

()()()()[]()()()S Z S S Z S W S W S W S Y D B DZ ??=?+= (8) 加入反馈后,则:

()()()()

()S Z S W S W S S Y D T ?+?=

'

11 (9)

因为()()11≥'

+S W S W D T ,因此

()()S Y S Y 11≤'

(10) 对于其他未经过补偿的扰动作用也有类似的结果。 (4) 前馈补偿对于系统稳定性没有影响。

这一点是显而易见的,因为前馈无论加在什么位置,它都不构成回路,系统的输入—输出传递函数的分母均保持不变,因而不会影响系统的稳定性。 五.小结

通过完成这次的课程论文,让我对该科目有了更深的了解,也完善了平时在这方面知识的匮乏。在搜集资料的过程中,也让我学习到很多他人的精辟的学习方法。例如:对于前馈-反馈控制系统而言,要想了解该复合系统的控制优势,必须先分别了解前馈控制和反馈控制的控制特点,以及它们分别的适用范围,然后再将它们的控制结果向对比,同时,用一个具体的实例来说明,更能够将这种抽象理论的知识点具体化,也更方便阅读者理解。最后还要考虑实际情况与理论假设情况的区别,现实生活中的控制系统都是比较复杂的,而我们在理论分析是总是会把它简单化以便于分析,但在实际应用中,还应考虑实际情况的诸多因素。

在本次论文中,通过对前馈-反馈复合控制系统的分析,是我了解到前馈控制对系统的抗干扰能力比较强,而且也不影响系统的动态性能,但也存在其局限性,因而和反馈控制一起使用更有利于系统的抗干扰能力及稳定性。

六.参考文献

[1] 邵裕森,戴先中.过程控制工程.机械工业出版社,2007年1月 [2] 孙洪程,翁唯勤编.过程控制工程设计.化工出版社,2001. [3] 俞金寿,向衍庆,邱宣振编.化工自控工程设计.华东化工学院出社. [4] 秦起佑编.工业自动化仪表手册.机械工业出版社,1995.

[5] 周庆贵,张毅莉,唐建银. 基于PID 算法的PLC 控制系统设计.机床与液

压,2010,38(14),

[6] 方桂笋. 基于PLC 的变频恒压供水系统的设计. 兰州理工大学硕士毕业论文,2008,6

[7] 唐功友,马慧.具有正弦扰动的时滞系统前馈一反馈次优控制:灵敏度法.自动化学报,

2006,05(32)

[8] 周翔,石培科,黄罡,吴罕奇.前馈-反馈控制方法在电液比例调速系统中的应用.工程机

械, 2009,7(40)

前馈反馈控制系统

前馈—反馈复合控制系统 摘要 流量是工业生产过程中重要的被控量之一,因而流量控制的研究具有很大的现实意义。锅炉的流量控制对石油、冶金、化工等行业来说必不可少。本论文的目的是锅炉进水流量定值控制,在设计中充分利用自动化仪表技术,计算机技术,自动控制技术,以实现对水箱液位的过程控制。首先对被控对象的模型进行分析,并采用实验建模法求取模型的传递函数。然后,根据被控对象模型和被控过程特性并加入PID调节器设计流量控制系统,采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。同时,通过对实际控制的结果进行比较,验证了过程控制对提高系统性能的作用。随着计算机控制技术的迅速发展,组态技术开始得到重视与运用,它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题,使用户能根据控制对象和控制目的任意组态,完成最终的自动化控制工程。 关键词:流量定值;过程控制;PID调节器;前馈控制;系统仿真

目录 一.前馈控制 1.前馈控制的定义 2.换热器前馈控制 二.前馈控制的特点及局限性 1.前馈控制的特点 2.前馈控制的局限性 三.反馈控制 1.定义

2.反馈控制的特点 四.复合控制系统特性 1.前馈-反馈复合控制原理 2.复合控制系统特点 五.小结 六.参考文献 一、前馈控制 1.前馈控制的定义 前馈控制(英文名称为Feedforward Control),是按干扰进行调节的开环调节系统,在干扰发生后,被控变量未发生变化时,前馈控制器根据干扰幅值,变化趋势,对操纵变量进行调节,来补偿干扰对被控变量的影响,使被控变量保持不变的方法。

2.换热器前馈控制 在热工控制系统中,由于控对象通常存在一定的纯滞后和容积滞后,因而从干扰产生到被调量发生变化需要一定的时间。从偏差产生到调节器产生控制作用以及操纵量改变到被控量发生变化又要经过一定的时间,可见,这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定植之前,从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果,如果直接按扰动而不是按偏差进行控制,也就是说,当干扰一出现调节器就直接根据检测到的干扰大小和方法按一定规律去控制。由于干扰发生后被控量还未显示出变化之前,调节器就产生了控制作用,这在理论上就可以把偏差彻底消除。按照这种理论构成的控制系统称为前馈控制系统,显然,前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制系统及时的多。 前馈控制系统的工作原理可结合下面图1所示的换热器前馈控制进一步说明,图中虚线部分表示反馈控制系统。 图1换热器物料出口温度前馈控制流程图 t一定。当被加换热器是用蒸汽的热量加热排管中的料液,工艺上要求料液出口温度 1 热水流量发生变化时,若蒸汽量不发生变化,而要使出口温度保持不变,就必须在被加热水量发生变化的同时改变蒸汽量。这就是一个前馈控制系统。 图中虚线所示是反馈控制的方法,这种方法没有前馈控制及时。图1前馈控制系统的原理框图于图2所示。

前馈控制系统的基本原理

前馈控制系统 前馈控制系统的基本原理 前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰(包括外界干扰和设定值变化),并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量,使受控变量维持在设定值上。图2.4-1物料出口温度θ需要维持恒定,选用反馈控制系统。若考虑干扰仅是物料流量Q ,则可组成图2.4-2前馈控制方案。方案中选择加热蒸汽量s G 为操纵变量。 图2.4-1 反馈控制 图2.4-2 前馈控制 前馈控制的方块图,如图2.4-3。 系统的传递函数可表示为: ) ()()() ()(1S G S G S G S Q S Q PC ff PD += (2.4-1) 式中)(s G PD 、)(s G PC 分别表示对象干扰 道和控制通道的传递函数; ) (s G ff 为前馈控 图2.4-3 前 馈控制方块图 制器的传递函数。 系统对扰动Q 实现全补偿的条件是:

0)(≠s Q 时,要求0)(=s θ (2.4-2) 将(1-2)式代入(1-1)式,可得 ) (s G ff = ) ()(S G S G PC PD - (2.4-3) 满足(1-3)式的前馈补偿装置使受控变量θ不受扰动量Q 变化的影响。图2-4-4表示了这种全补偿过程。 在Q 阶跃干扰下,调节作用c θ和干扰作用d θ的响应曲线方向相反,幅值相同。所以它们的合成结果,可使θ达到 图2.4-4 前馈控制全补偿示意图 理想的控制连续地维持在恒定的设定值上。显然,这种理想的控制性能,反馈控制系统是做不到的。这是因为反馈控制是按被控变量的偏差动作的。在干扰作用下,受控变量总要经历一个偏离设定值的过渡过程。前馈控制的另一突出优点是,本身不形成闭合反馈回路,不存在闭环稳定性问题,因而也就不存在控制精度与稳定性矛盾。 1.前馈控制与反馈控制的比较 图 2.4-5 反馈控制方块图 图 2.4-6 前馈控制方块图

2020版应用前馈-反馈复合控制机制创建企业安全文化

( 安全文化 ) 单位:_________________________ 姓名:_________________________ 日期:_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 2020版应用前馈-反馈复合控制机制创建企业安全文化 Safety culture is the product of human civilization, and corporate safety culture is to provide a guarantee for safe production in production, life and survival activities of enterprises.

2020版应用前馈-反馈复合控制机制创建 企业安全文化 1创建安全文化的意义 企业安全文化是全体员工共同遵守的行为准则,发挥着重要的作用它支配着人们的思维方式,规范着人们的行为习俗,约束着人们的情感抒发,左右着人们的审美趣味,规定着人们的价值取向,体现出强烈的终极关怀。 随着社会实践和生产实践的发展,人们发现尽管有了科学技术手段和管理手段,但对于搞好安全生产来说,还是不够的。科技手段达不到生产的本质安全,在安全管理上,要时时、事事、处处监督企业每一位职工遵章守纪,是一件困难的事情,甚至是不可能的事。安全文化却可以弥补安全管理手段的不足。 安全文化之所以能弥补安全管理的不足,是因为安全文化注重

人的观念、道德、伦理、态度、情感、品行等深层次的人文因素,通过教育、宣传、奖惩、创建群体氛围等手段,不断提高企业职工的安全修养,改进其安全意识和行为,从而使职工从不得不服从管理制度的被动执行状态,转变成主动自觉地按安全要求采取行动,即从“要我安全”转变成“我要安全”。 因此,创建安全文化有着极其重大的意义。 2前馈—反馈复合控制的原理 控制就是根据确定的目标,使事物向着这一目标不断趋近,反馈控制就是把系统输出的信息的某一部分,返回到输入端,对系统输入再输出的信息施加影响,使系统沿着减少目标差的方向实现控制,克服环境扰动带来的不稳定性,使系统达到动态平衡。 前馈控制系统,在受控部位的活动发生偏差之前就发出控制指令。是一种预测控制,通过对系统当前工作状态的了解,预测出下一阶段系统的运行状况。如果与参考值有偏差,那么就提前给出控制信号,使干扰获得补偿,稳定输出,消除误差。前馈的缺点是在使用时需要对系统有精确的了解,只有了解了系统模型才能有针对

前馈控制和反馈控制

前馈控制、反馈控制及前馈-反馈控制的对比 1、前馈控制属于开环控制,反馈控制属于负反馈的闭环控制 一般定值控制系统是按照测量值与给定值比较得到的偏差进行调节,属于闭环负反馈调节。其特点是在被控变量出现偏差后才进行调节;如果干扰已经发生而没有产生偏差,调节器不会进行工作。因此反馈控制方式的调节作用落后于干扰作用。 前馈调节是按照干扰作用来进行调节的。前馈控制将干扰测量出来并直接引入调节装置,对于干扰的克服比反馈控制及时。 现在以换热器控制方案举例,直观阐述前馈控制和反馈控制: 前馈控制方案 反馈控制方案 2、前馈控制系统中测量干扰量,反馈控制系统中测量被控变量 在单纯的前馈控制系统中,不测量被控变量,而单纯的反馈控制系统中不测量干扰量。 3、前馈控制需要专用调节器,反馈控制一般采用通用PID调节器 反馈调节符合PID调节规律,常用通用PID调节器、DCS等或PLC控制系统实现。 前馈调节使用的调节器是是根据被控对象的特点来确定调节规律的前馈调节器。 4、前馈控制只能克服所测量的干扰,反馈控制则可克服所有干扰 前馈控制系统中若干扰量不可测量,前馈就不可能加以克服。而反馈控制系统中,任何干扰,只要它影响到被控变量,都能在一定程度上加以

克服。 5、前馈控制理论上可以无差,反馈控制必定有差 反馈调节使系统达到动态稳定,让被调参数稳定在给定值附近动态变化,却不能使被调参数稳定在给定值上不动。 前馈调节在理论上可以实现无差调节。 6、前馈控制的局限性 A、在生产应用中各种环节的特性是随负荷变化的,对象动态特性形式多样性难以精确测量,容易造成过补偿或欠补偿。为了补偿前馈调节的不准确,通常将前馈和反馈控制系统结合起来组成前馈反馈控制系统。 B、工业对象存在多个扰动,若均设置前馈控制器,那设备投资高,工作量大。 C、很多前馈补偿结果在现有技术条件下没有检测手段。 D、前馈控制受到前馈控制模型精度限制。 E、前馈控制算法,往往做近似处理。

前馈—反馈复合控制系统

目录 课程设计任务书 一、前馈—反馈复合控制系统 1.1、前馈—反馈复合控制系统的基本概念 (3) 1.2、概念的理解 (3) 1.3、前馈—反馈系统的组成.........................................3—4 1.4、前馈—反馈复合控制系统的特点.. (4) 1.5、前馈—反馈复合控制系统中前馈前馈控制器的设计 (4) 二、控制系统的硬件设计 2.1、S7—300系统组成 (4) 2.2、CPU315—2DP (4) 2.3、模式选择开关…………………………………..…….4—5 2.4、状态及故障显示 (5) 三、控制系统的软件设计 3.1、硬件组态 (5) 3.2、工程管理器的使用 (6) 3.3、新建工程....................................................6—9 3.4、组态监控画面. (9) 3.5、组态变量……………………………………………9—10 3.6、软件编程…………………………………………..10—15 3.7、实验结果分析……………………………………….15—17

四、控制系统的调试 五、实验总结 一、前馈—反馈复合控制系统 1.1、前馈—反馈复合控制系统的基本概念 前馈—反馈复合控制系统:系统中既有针对主要扰动信号进行补偿的前馈控制,又存在对被调量采用反馈控制以克服其他的干扰信号,这样的系统就是前馈—反馈复合控制系统。 1.2、概念的理解: (1)复合控制系统是指系统中存在两种不同的控制方式,即前馈、反馈(2)前馈控制系统的作用是对主要的干扰信号进行补偿,可以针对主要干扰信号,设置相应的前馈控制器 (3)引入反馈控制,是为了是系统能够克服所有的干扰信号对被调量产生的影响,除了已知的干扰信号以外,系统中还存在其他的干扰信号,这些扰动信号对系统的影响比较小,有的是我们能够考虑到的,有的我们肯本就考虑不到或是无法测量,都通过反馈控制来克服。 (4)系统中需要测量的信号既有被调量又有扰动信号。 1.3、前馈—反馈系统的组成 前馈—反馈复合控制系统主要由一下几个环节构成 (1)扰动信号测量变送器:对扰动信号测量并转化统一的电信号 (2)被调量测量变送器:对被调量测量并转化统一的电信号 (3)前馈控制器:对干扰信号完全补偿

前馈、反馈、三冲量控制介绍

一.前馈控制原理 前面讨论的所有控制系统,都属于反馈控制系统,无论其系统结构如何,它们的调节回路的基本工作原理都是一样的。下面要介绍的前馈控制系统则有着截然不同的控制思想。前馈控制思想及应用由来已久,但主要是由于技术条件的限制,发展较慢。随着计算机和现代检测技术的飞速发展,前馈控制正受到更多的重视和应用。 在反馈控制系统中,都是把被控变量测量出来,并与给定值相比较;而在前馈控制系统中,不测量被控变量,而是测量干扰变量,也不与被控变量的给定值进行比较。这是前馈与反馈的主要区别。为了系统地说明前馈控制思想,同时也为了在比较中进一步加深对反馈控制思想的理解,画出图8-31进行比较分析。 (a)反馈控制(b)前馈控制 图8-31 两种加热炉温度控制系统 图8-31中的(a)是反馈控制,(b)是前馈控制。在前馈控制中,测量需要被加热的原油的流量,流量偏大就增加燃料量,原油流量偏小就减少燃料量,以达到稳定原油出口温度的目的。从动态过程分析,当原油流量增大时,一段时间后,出口温度会下降。但前馈测量出原油流量的增加量,迅速增加燃料量。如果燃料增加的量和时机都很好,有可能在炉膛中将干扰克服,几乎不影响原油出口温度。 如果该加热炉只存在原油流量这一个干扰,那么理论上讲,前馈控制可以把原油出口温度控制得很精确,甚至被控变量一点也不波动。这就是前馈控制思想,也是前馈控制的生命力所在。 二.前馈控制与反馈控制的比较 通常认为,前馈控制有如下几个特点: (l)是“开环”控制系统; (2)对所测干扰反应快,控制及时; (3)采用专用调节器; (4)只能克服系统中所能测量的干扰。 下面从几个方面比较前馈控制与反馈控制。画出图8-31两个控制系统的方块图如图8-32所示。

前馈控制系统的基本原理

前馈控制系统的基 本原理

前馈控制系统 前馈控制系统的基本原理 前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰(包括外界干扰和设定值变化),并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量,使受控变量维持在设定值上。图2.4-1物料出口温度θ需要维持恒定,选用反馈控制系统。若考虑干扰仅是物料流量Q ,则可组成图 2.4-2前馈控制方案。方案中选择加热蒸汽量s G 为操纵变 量。 图2.4-1 反馈控制 图2.4-2 前馈控制 前馈控制的方块图,如图 2.4- 3。 系统的传递函数可表示为: )()()()()(1S G S G S G S Q S Q PC ff PD += (2.4-1) 式中)(s G PD 、)(s G PC 分别表示对象干扰 道和控制通道的传递函数;)(s G ff 为前馈控 图2.4-3 前馈控制方块图

制器的传递函数。 系统对扰动Q实现全补偿的条件是: ) (≠ s Q时,要求0 ) (= s θ(2.4-2) 将(1-2)式代入(1-1)式,可得 ) (s G ff = ) ( ) ( S G S G PC PD -(2.4-3) 满足(1-3)式的前馈补偿装置使受控变量 θ不受扰动量Q变化的影响。图2-4-4表示 了这种全补偿过程。 在Q阶跃干扰下,调节作用 c θ和干扰作用dθ的响应曲线方向相反,幅值相同。因此它们的合成结果,可使θ达到图2.4-4 前馈控制全补偿示意图 理想的控制连续地维持在恒定的设定值上。显然,这种理想的控制性能,反馈控制系统是做不到的。这是因为反馈控制是按被控变量的偏差动作的。在干扰作用下,受控变量总要经历一个偏离设定值的过渡过程。前馈控制的另一突出优点是,本身不形成闭合反馈回路,不存在闭环稳定性问题,因而也就不存在控制精度与稳定性矛盾。 1.前馈控制与反馈控制的比较

前馈反馈水箱控制系统设计

课程设计 名称:前馈反馈水箱控制系统系别: 专业: 姓名: 学号: 指导教师:

·成绩评定· 指导教师评语: 课程设计成绩评定 班级姓名学号 综合成绩: 指导教师签字年月日

目录 一设计方案的介绍 (4) 二、工艺流程 (5) 三、前馈反馈控制的理论 (5) 四、设仪器仪表的选型 (5) 1、控制装置的选择 (5) 2、监测仪表 (6) 3、控制阀的选型 (6) 五、测量与控制端连接表 (7) 六、参数的整定 (7) 1、静态放大系数K F的整定 (7) 2、控制器参数的选择 (8) 七、总结 (9) 八、参考文献 (10)

九、附录 一设计方案的介绍 设计采用前馈反馈控制来实现水箱的液位控制。其中前馈控制可以补偿干扰对被控变量的扰动,前馈控制之后产生的余差则可以通过反馈控制进行修正,达到要求的控制精度。被控变量为水箱的液位,控制变量为水的流量。 采用两个支路,其中第一个支路为主回路,包括一个水泵(采用变频器变频控制电机模拟流量扰动),涡轮流量计;第二个支路为控制补偿回路,包括一个水泵(输出流量恒定),电动控制阀。除此之外在反馈回路中还需要一个液位测量仪表和PID控制仪表一台。前馈控制在不考虑控制通道与对象通道延迟,而且支路一流量可以准确的测量,需要一个PID控制仪表。前馈控制信号和反馈控制信号通过一个加法器连接,实现对控制阀的控制。 前馈反馈系统结构框图 1

前馈反馈控制系统原理图 2 二工艺流程 水箱液位的控制主要是控制水箱中的液位在要求的精度范围内。 一号水泵作为动力源给水的输送提供动力,进入水箱。并用变频器控制一号水泵用来模拟流量上产生的扰动。 二号水泵为补偿回路提供动力,为水箱提供水补偿。当扰动产生后,通过前馈控制调节阀对扰动产生补偿。补偿后产生的余差再通过反馈控制控制调节阀进行调节。 三前馈反馈控制的原理 前馈控制又称扰动补偿,它与反馈调节原理完全不同,是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化,当干扰刚刚出现并能被测出时,调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化,使两者在被调量发生偏差之前抵消。因此,前馈调节对干扰的客服比反馈调节及时。但是前馈控制是开环控制,其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后,按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果前馈支路出现扰动,经过流量计测量之后,测量得到干扰的大小,然后在反馈支路通过调整调节阀开度,直接进行补偿。而不需要经过调节器。 四仪器仪表的选型 1、控制装置的选择 由于不是大型生产过程,对自动化水平要求不高,所以选择采用常规仪表控制。考虑到价格、实用性等因素,选择数字化、智能化的国产电动控制仪表。如果考虑控制仪

流量—锅炉液位前馈控制系统

课程设计任务书 (指导教师填写) 课程设计名称过程控制系统学生姓名*** 专业班级自动142班 设计题目流量—锅炉液位前馈控制系统 一、课程设计目的 本课程的课程设计是自动化专业学生学习完《过程控制系统》课程后,进行的一次全面的综合训练,其目的在于加深对过程控制系统理论和基本知识的理解,在熟悉工艺流程的基础上,掌握运用工程整定方法设计过程控制系统,以及系统的调试和投运的基本方法。 二、设计内容、技术条件和要求 (一)技术要求 按课程设计任务书提供的课题,应根据给出的设计任务,按“可选”的被控对象设计相应的控制系统。组成4人的设计小组,分模块进行,共同协作完成一个实际系统的设计、调试任务。 要求20%流量扰动作用下的液位变化不超过15%,恢复时间小于2分钟,稳态误差小于3% (二)设计内容 1、熟悉工艺流程及实验环境,根据对水位控制或工业锅炉生产过程控制的要求,设计相应的控制系统方案; 2、完成主要测控仪表的选型; 3、绘制系统结构框图、系统工艺流程图、系统硬件连线图,并在实验中修正完善; 4、按要求进行系统调试,分析P、I、D参数对控制质量的影响,分析前馈控制系统对扰动的调节作用及补偿能力; 5、撰写详细的设计说明书。 (三)设计说明书要求 设计说明书应包含以下内容 1.设计目的; 2.设计要求;

3.系统方案设计(包括:被控变量的选择、控制变量的选择,控制器类型的选择、控制器正反控制方式的选择、调节阀的选择、各测量传感器的选择); 4.系统结构框图、系统工艺流程图、系统硬件连线图; 5.调试过程分析,调试结果、调试中出现的问题及解决方法; 6.设计心得体会; 7.参考文献。 二、时间进度安排 按教学计划规定,过程控制系统课程设计总学时为两周,其进度及时间大致分配如下: 1 2017.6.26—6.26 查阅资料、完成各部分硬件设计; 2 2017.6.27—6.28 在模拟实验平台上进行系统调试,分析实验结果; 3 2017.6.29—6.30 总结设计过程、编写课程设计说明书。 三、主要参考文献 1、《过程控制及仪表》,邵裕森主编,电子工业出版社 2、《过程控制系统》,涂植英主编,机械工业出版社 3、《过程控制》,金以慧主编,清华大学出版社 指导教师签字:年月日

前馈反馈控制系统指导书

四、实验内容与步骤 本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象,实验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F2-1、F2-5全开,将阀门F1-10、F1-11开至适当开度(阀F1-10>F1-11),其余阀门都关闭。 具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述,这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关,可根据实验需要选做或全做。 (一)、智能仪表控制 1.将SA-11挂件、SA-12挂件、SA-14挂件挂到屏上,并将SA-12挂件的通讯线接头插入屏内RS485通讯口上,将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2,并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“FT2变频器支路流量”、“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。SA-14上比值器的调节旋钮放在最小的位置。 图7-4 仪表控制下水箱液位前馈-反馈控制实验接线图 2.接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给压力变送器及涡轮流量计上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关,给智能仪表及电动调节阀上电。 3.打开上位机MCGS组态环境,打开“智能仪表控制系统”工程,然后进

入MCGS运行环境,在主菜单中点击“实验二十一、下水箱液位前馈反馈控制系统”,进入实验二十一的监控界面。 4.设定工作点(u0,h0)。在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出,并将输出值设置为一个中间合适的值(例u0=50%),此操作也可通过调节仪表实现。 5.合上三相电源空气开关,磁力驱动泵上电打水,通过调节F1-10、F1-11的开度,使下水箱的液位平衡于一个中间合适的值(例h0=8)。 6.设置智能仪表的输出值为100%,观察下水箱液位的稳态值hmax,则在以下实验中,设定值不能超过hmax。若hmax>18,则重新设定u0=50%,转5重新调整。 7、在工作点(u0,h0)处,用开环整定法整定静态前馈放大系数K F。即令U0保持不变,开启变频器,以较小频率给中水箱(或下水箱)打水加干扰(要求扰动量为控制量的5%~15%,干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定),由小到大调节SA-14上比值器的旋钮,观察前馈补偿的作用,直到液位基本回复到h0。静态放大系数的设置方法可用万用表量得比值器输入输出电压之比即可。 8.关闭变频器,SA-14上的调节旋钮保持不变。 9、将调节器切换到“自动”状态,按单回路的整定方法整定调节器参数,并按整定得到的参数进行调节器设定。 10.待液位平衡后(u1,h1),打开阀门F2-4或F2-5,合上单相Ⅱ电源空气开关启动变频器支路以较小频率给中水箱(或下水箱)打水加干扰(要求扰动量为控制量的5%~15%,干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定),记录下水箱液位的响应过程曲线。 11.关闭变频器,用单回路控制使回复到工作点(u1,h1)。 12、将“FT2变频器支路流量”钮子开关拨到“OFF”的位置,即去掉前馈补偿,构成双容水箱液位定值控制系统。重复步骤10,用计算机记录系统的响应曲线,比较该曲线与加前馈补偿的实验曲线有什么不同。 请及时拍照记录曲线! 下水箱压力传感器有问题,可改用上水箱和中水箱,阀的开闭以及被控变量应做相应改变。请思考:用上水箱和中水箱串联作为被控对象与用中水箱和下水箱串联作为被控对象,哪个更容易控制,为什么? 用阀门F2-4和F2-5加入扰动有何区别?

过程控制前馈反馈实验报告

过程控制工程实验 报告

实验名称:前馈-反馈控制系统 班级: 组员: 思考题: 1.前馈控制器的参数整定应按什么要求? 在整定Kff时,反馈控制器必须具有积分作用,否则在干扰作用下无法消除被控变量的余差。同时要求工况稳定,以避免其他干扰的影响。整定T1和T2时,因为过补偿往往是前馈控制系统的危险之源,它会破坏控制过程,甚至达到不允许的程度,相反,欠补偿却是寻求合理的前馈参数的途径。欠补偿的结果总比反馈过程好一些,它倾向于安全的一边,因此在动态参数整定时,应从欠补偿开始,逐步强化前馈作用,即增大T1或减小T2,直到出现过补偿的趋势再略减弱前馈作用。 2.试比较反馈控制和前馈-反馈控制在施加相同干扰时的控制效果,说明其差别并解释原因。 阶跃增加时反馈和前馈反馈比较 t/3s 从20到30为反馈调节,30到40为前馈反馈调节。

0510152025303540阶跃减小时反馈和前馈反馈比较 t/3s % 40到30为前馈反馈调节,30到20为反馈调节。 由实验结果比较可知,前馈反馈控制比单回路反馈控制更及时,波动更小。 原因:前馈是按照干扰作用的大小进行控制的,而被控变量偏差产生的直接原因是干扰作用,因此当干扰一出现,前馈控制器就直接根据检测到的干扰,按一定的规律去进行控制。这样,当干扰发生后,被控变量还未发生变化,前馈控制器就产生了控制作用,所以前馈反馈控制比反馈更及时。 3.试比较静态前馈补偿和动态前馈补偿的补偿效果,说明其差别并解释原因。 动态反馈补偿比静态反馈补偿更及时,补偿效果更好。因为动态前馈补偿要求在任何时刻均实现对干扰的补偿,而静态前馈补偿只需要在稳态工况下实现对干扰量的补偿。所以动态前馈补偿比静态前馈补偿补偿更及时,效果更好。 4.(自控专业必做)用matlab 仿真前馈-反馈控制方案。 0.6 0.8 1 1.21.4 无扰动时反馈控制时的仿真 %

前馈控制系统设计

目录 一、前馈控制系统设计 1、前馈控制系统选择原则 1.1 扰动量可测不可控原则 (2) 1.2 控制系统精确辨识原则 (2) 1.3被控系统自衡原则 (3) 1.4 优先性原则 (3) 1.5 经济性原则 (4) 2、工程整定 2.1 整定的总体原则 2.1.1 稳定性 (4) 2.1.2快速性 (5) 2.1.3 反馈控制的静差 (5) 3、前馈-反馈复合系统工程整定 (5) 二、实例仿真 (6) 2.1前馈控制系统整定 (7) 2.2反馈控制系统前向通道稳定性分析 (7) 2.3、反馈控制系统整定 (8) 2.4、系统仿真 (9) 三、心得体会 (11) 四、参考文献 (12)

二、实例仿真 系统按结构分类,可分为:静态前馈控制、动态前馈控制、前馈-反馈复合控制系统、前馈-串级复合控制系统等。 其中,前馈-反馈复合控制系统的特点是利用前馈抑制对系统影响较大的干扰,利用反馈控制抑制其他干扰以及前馈所“遗留”部分干扰。前馈调节器和反馈调节器的整定方法如前所述。一般为了实现系统无静差,反馈调节器多选PI控制方式。 前馈反馈复合控制系统仿真主要包括:系统识别、控制系统整定和系统仿真等内容。其中控制系统整定包括前馈控制系统整定和反馈控制系统整定两部分。本例采用前馈、反馈分别整定的方法。 假设被控对象传递函数中各部分传递函数如下: e-10s 干扰通道传递函数为:G f(s)G2(s)=15 (81)(10s1) s++ e-8s 系统被控部分传递函数为:G1(s)G2(s)=6 s++ (51)(10s1) 给定部分传递函数为:Gc(s)=1

2.1前馈控制系统整定。 由于采用前馈反馈分别整定方法,所以,前馈整定参数为:K d=-2.5, T dl=8。若系统采用PID控制,则系统结构框图如图: 2.1.1前馈-反馈复合控制系统方框图 2.2反馈控制系统前向通道稳定性分析。 系统稳定性分析是实验调试中正确把握试验方法、试验参数的基本依据。对2.1.1所示系统反馈环节中开环稳定性分析(不含PID调节器部分),为分析方便,取: 不含PID调节器的开环传递函数可近视写成:6 +++2 (3s1)(10s1)(5s1)

应用前馈-反馈复合控制机制创建企业安全文化(通用版)

Advocating a safety culture is to make human life and work safer and healthier under the existing technology and management conditions. (安全管理) 单位:___________________ 姓名:___________________ 日期:___________________ 应用前馈-反馈复合控制机制创建企业安全文化(通用版)

应用前馈-反馈复合控制机制创建企业安全 文化(通用版) 导语:倡导安全文化的目的是在现有的技术和管理条件下,使人类生活、工作地更加安全和健康。而安全和健康的实现离不开人们对安全健康的珍惜与重视,并使自己的一举一动,符合安全健康的行为规范要求。 1创建安全文化的意义 企业安全文化是全体员工共同遵守的行为准则,发挥着重要的作用它支配着人们的思维方式,规范着人们的行为习俗,约束着人们的情感抒发,左右着人们的审美趣味,规定着人们的价值取向,体现出强烈的终极关怀。 随着社会实践和生产实践的发展,人们发现尽管有了科学技术手段和管理手段,但对于搞好安全生产来说,还是不够的。科技手段达不到生产的本质安全,在安全管理上,要时时、事事、处处监督企业每一位职工遵章守纪,是一件困难的事情,甚至是不可能的事。安全文化却可以弥补安全管理手段的不足。 安全文化之所以能弥补安全管理的不足,是因为安全文化注重人的观念、道德、伦理、态度、情感、品行等深层次的人文因素,通过教育、宣传、奖惩、创建群体氛围等手段,不断提高企业职工的安全

前馈反馈水箱控制系统

实用文案 课程设计 名称:前馈反馈水箱控制系统 系别:电气与电子工程系 专业:自动化 姓名:******* 学号:******** 指导教师:*******

河南城建学院 2010年12 月30 日·成绩评定· 指导教师评语:

课程设计成绩评定 目录 一设计方案的介绍 (4) 二、工艺流程 (5) 三、前馈反馈控制的理论 (5) 四、设仪器仪表的选型 (5) 1、控制装置的选择 (5) 2、监测仪表 (6) 3、控制阀的选型 (6)

五、测量与控制端连接表 (7) 六、参数的整定 (7) 1、静态放大系数K F的整定 (7) 2、控制器参数的选择 (8) 七、总结 (9) 八、参考文献 (10) 九、附录 一设计方案的介绍 设计采用前馈反馈控制来实现水箱的液位控制。其中前馈控制可以补偿干扰对被控变量的扰动,前馈控制之后产生的余差则可以通过反馈控制进行修正,达到要求的控制精度。被控变量为水箱的液位,控制变量为水的流量。 采用两个支路,其中第一个支路为主回路,包括一个水泵(采用变频器变频控制电机模拟流量扰动),涡轮流量计;第二个支路为控制补偿回路,包括一个水泵(输出流量恒定),电动控制阀。除此之外在反馈回路中还需要一个液位测量仪表和PID控制仪表一台。前馈控制在不考虑控制通道与对象通道延迟,而且支路一流量可以准确的测

量,需要一个PID 控制仪表。前馈控制信号和反馈控制信号通过一个加法器连接,实现对控制阀的控制。 二 工艺流程 水箱液位的控制主要是控制水箱中的液位在要求的精度范围内。 一号水泵作为动力源给水的输送提供动力,进入水箱。并用变频器控制一号水泵用来模拟流量上产生的扰动。 二号水泵为补偿回路提供动力,为水箱提供水补偿。当扰动产生后,通过前馈控制调节阀对扰动产生补偿。补偿后产生的余差再通过反馈控制控制调节阀进行调节。 前 馈 反 馈 系 统 结 构 框 图 1 前 馈 反 馈 控 制 系 统 原 理 图 2

实验三液位前馈-反馈复合控制

液位前馈-反馈复合控制 实验报告书 实验名称:液位前馈-反馈复合控制姓名: 班级: 学号: 指导老师:

一、实验名称: 液位前馈-反馈复合控制 二、实验设备: 组态软件、实验箱。 三、实验过程: 需要注意的一点是:组态软件采用所有的工程量都是0-100。如液位的实际最高高度为28cm,液位参数设置时取20%,50%等类似的百分比 a)流量液位前馈反馈控制 1 实验目的与要求 1.1.实验前需熟悉复合控制的原理与特点。 1.2.熟悉仪表装置,如检测单元、控制单元、执行单元等。 1.3.通过实验掌握前馈补偿器的设计方法。 2 实验系统组成 2.1 实验原理 流程图如图 2.3.1 所示。水介质由泵U101(P101)从水箱V104 中加压获得压头,经流量计FT101、电动调速器U101、水箱V101、手阀QV116 回流至水箱V104 而形成水循环,负荷的大小通过手阀QV116 来调节;其中,水箱V101 的液位由液位变送器LT101测得,给水流量由流量计FT101 测得。本例中调速器U101 为操纵变量, LT101 为被控变量,接收流量的前馈信号参予到定值系统中,整体构成前馈-反馈控制系统。

2.2 前馈补偿器, 如果水路流量出现扰动,经过流量计FT101 测量之后,测量得到干扰的大小,然后通过调整调速器开度,直接进行补偿。本次实验采用静态补偿,补偿器数值为图2.3.1中的前馈系数K。 图 2.3.1 流量液位前馈反馈复合控制 3 操作步骤和调试 首先进行无前馈控制的单一反馈控制实验,观察对干扰的控制效果,然后进行复合控制实验,对比分析两种控制方案的特点与实验结果。 3.1 单一反馈控制实验步骤: 1、启动组态王软件,选择“复杂控制”中“流量液位前馈反馈控制”。 2、检查水槽溢出时是否有溢流通道,保证发生溢出时水能够流回蓄水箱V104。 3、工艺对象和控制系统上电。 4、设定K=0,液位设定值为30%左右,然后在“自动”模式下调节PID 控制器参数,使得在设定值增加10%的阶跃输入情况下,能得到较为满意的响应曲线。抓图,保存实验曲线结果 5、增加干扰,调节QV111 从90 度变动到50 度,观察系统响应曲线。抓图,保存实验曲线结果。 6、若全部实验结束,将工艺对象和控制系统断电。 3.2 复合控制步骤: 1、将调节阀QV111 转回90 度的关闭状态。 2、设定K=0,液位设定值在30~40%之间,保持3.1 步骤中的PID 参数不变。 3、系统稳定后,观察主界面上方的稳态流量(百分比)记为q1,下方的调节器输出记为u1。将调节阀QV111 从90 度变动到70 度,观察响应曲线,系统稳定后,将稳态流量(百分比)记为q2,下方的调节器输出记为u2,则前馈补偿器的计算公式为

下水箱液位前馈反馈控制系统

下水箱液位前馈反馈控制系统实验 一、实验目的 1、学习前馈-反馈控制的原理。 2、了解前馈-反馈控制的特点。 3、掌握前馈-反馈控制的设计。 二、实验设备 A3000-FS/FBS现场系统,任意控制系统。 三、实验原理 1、控制原理 前馈控制又称扰动补偿,它与反馈调节原理完全不同,是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化,当干扰刚刚出现而能测出时,调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化,使两者抵消与被调量发生偏差之前。因此,前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。但是前馈控制是开环控制。其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后,按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果没有反馈控制,则这种校正作用只能在稳态下补偿扰动作用。 如图6-12所示。设法保持下水箱液位,是用两个水泵注水。 图6-12 前馈-反馈控制系统原理图

如果支路一出现扰动,经过流量计测量之后,测量得到干扰的大小,然后在第二个支路通过调整调节阀开度,直接进行补偿。而不需要经过调节器。 如果没有反馈,就是开环控制,这个控制是有余差的。增加反馈通道,使用PI 进行控制,如图6-12所示。 我们按照参考书上的内容,进行了部分简化。 前馈控制不考虑控制通道与对象通道延迟,则根据物料平衡关系,简单的前馈控制方程为:Qu=dF 。 也就是两个流量的和保持稳定。但是有两个条件,一是准确知道第一个支路的流量,二是准确知道调节阀开度与流量对应关系1K ,如图6-13所示: 图6-13 调节阀开度与流量比例关系 2、测量与控制端连接表 40806020

冷凝器温度前馈反馈控制系统设计与仿真

辽宁工业大学 开放性实验报告 题目:冷凝器温度前馈-反馈控制系统设计与仿真 院(系): 专业班级: 学号: 学生姓名: 指导教师:(签字) 起止时间: 2015.11.19—2015.11.22

辽宁工业大学实验室开放项目任务书 注:此表用于申请教学计划外的开放项目,请如实填写,由各院(系)汇总后统一办理,报实践教学科一份。

目录 第1章绪论 (1) 第2章控制方案介绍 (3) 2.1 概述 (3) 2.2 控制原理 (3) 2.3 实验内容 (4) 第3章系统设计与仿真 (5) 3.1 处理延迟环节 (5) 3.2 反馈控制系统设计 (6) 3.3 前馈控制系统设计 (8) 第4章课程设计总结 (11)

第1章绪论 冷凝器(Condenser) 空调系统的机件,能将管子中的热量,以很快的方式,传到管子附近的空气,大部分的汽车置于水箱前方。把气体或蒸气转变成液体的装置。发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝;在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和氟利昂之类的致冷蒸气。石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。在蒸馏过程中,把蒸气转变成液态的装置称为冷凝器。所有的冷凝器都是把气体或蒸气的热量带走而运转的。 对某些应用来说,气体必须通过一根长长的管子(通常盘成螺线管),以便让热量散失到四周的空气中,铜之类的导热金属常用于输送蒸气。为提高冷凝器的效率经常在管道上附加散热片以加速散热。散热片是用良导热金属制成的平板。这类冷凝器一般还要用风机迫使空气经过散热片并把热带走。一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽,使蒸汽的体积减小,压力升高。 压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽,使之压力升高后送入冷凝器,在冷凝器中冷凝成压力较高的液体,经节流阀节流后,成为压力较低的液体后,送入蒸发器,在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽,从而完成制冷循环。 液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后,汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热,冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化,达到循环制冷的目的。这样,制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。 制冷剂包括:氟里昂12(CF2Cl2)代号R12 氟里昂12是一种无色、无臭、透明、几乎无毒性的制冷剂,但空气中含量超过80%时会引起人的窒息。氟里昂12不会燃烧也不会爆炸,当与明火接触或温度达到400℃以上时,能分解出对人体有害的氟化氢、氯化氢和光气(CoCl2)。R12是应用较广泛的中温制冷剂,适用于中小型制冷系统,如电冰箱、冰柜等。R12能溶解多种有机物,所以不能使用一般的橡皮垫片(圈),通常使用氯丁二烯人造橡胶或丁睛橡胶片或密封圈。氟里昂22(CHF2Cl)代号R22 R22不燃烧也不爆炸,其毒性比R12稍大,水的溶解度虽比R12大,但仍可能使制冷系统发生“冰塞”现象。R22能部分地与润滑油互相溶解,其溶解度随着润滑油的种类及温度而改变,故采用R22的制冷系统必须有回油措施。R22在标准大气压力下的对应蒸发温度为-40.8℃,常温下冷凝压力

前馈反馈过程控制系统课程设计

工业过程控制课程设计任务书

设计目的 根据设定的液位对象和其他配置,运用计算机和INTOUCH组态软件,设计一套监控系统,并通过调试使得水箱液位维持恒定或保持恒定或保持在一定误差范围内。 2 控制要求 在工业过程控制中,实现前馈-反馈单回路控制。前馈控制的基本概念使测取进入过程的干扰(包括外界干扰和设定值变化),并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量,使控制变量维持在设定值上。前馈控制器的控制规律取决于被控对象的特性,按被控对象既定控制规律;反馈控制的控制规律采用PID规律。将前馈与反馈有效地结合,运用前馈控制在扰动发生后,及时抑制由主要扰动引起的被控量所产生的偏差;同时运用反馈控制,消除多种扰动对被控量的影响。 3 系统结构设计 3.1 控制方案 本设计通过前馈反馈控制系统实现对液位的控制。 在前馈反馈控制系统中,前馈控制属于开环控制,在设计中经过对主流量的检测,及时的针对主要扰动进行液位的偏差抑制。当流量测量值较预定值发生波动,即时通过计算机进行PID计算,输出控制信号,进行液位调节; 反馈控制属于闭环控制,通过对液位的测量,及时对液位进行调控。反馈环节通过对液位的监测,将测量值与给定值进行比较,形成偏差后,通过A/D传输给计算机,进行预先设定的PID计算,输出控制型号,进行液位调节。 前馈反馈控制原理框图如下:

图3.1 前馈反馈系统框 3.2 仪表选择图 3.2.1 流量传感器 流量传感器采用V锥体流量计。V锥体在流场中产生的节流效应,通过检测上下游压差来测量流量。与普通节流件相比,它改变了节流布局,从中心孔节流改为环状节流。实践证明,V锥形流量计与其它流量仪表相比,具有长期精度高、稳定性好、受安装条件局限小、耐磨损、测量范围宽、压损小、适合脏污介质等优点。 3.2.2 过程模块 采用牛顿7000系列远程数据采集模块作为计算机控制系统的数据采集通讯过程模块。牛顿7000系列模块体积小,安装方便,可靠性高。 D/A模块采用牛顿7024,四通道模拟输入模块。电压输入1~5VDC。使用7017模块的4通道IN4作为温度信号检测输入通道。 通信模块采用牛顿7520,RS232转换485通讯模块。使用RS-232/RS-485双向协议转换,速度为300~115200BPS,可长距离传输。

前馈反馈控制

串级控制的主回路和副回路都是闭环负反馈控制系统。前馈反馈控制系统的前馈控制是一开环控制,反馈控制是一闭环负反馈控制。 串级是调节被控量使其不偏离给定值,而前馈是专门针对干扰量的,前馈控制一般用在变量无法控制的场合 串级控制的副变量和主变量之间一般都有相互干扰因素,这种干扰因素有多大可以简单或者大约量化。相反,前馈控制变量是不可控的,不仅对调节变量影响大,而且有可能会干扰对主变量的判断,也就是造成假象。 而且,一条前馈路径只能针对一个可测干扰 、最常见的过程控制系统有DCS、PLC等,DCS侧重模拟量控制,PLC侧重开关量控制,PLC的开关量控制周期相对DCS来说具有较大优势,能够达到几个毫秒,但是目前2种系统都对自己的弱项进行了强化,因此相互之间差异的越来越小了。2、反馈控制属于闭环控制,将被控对象的值采集并与设定值进行比较,根据差值来决定控制输出变化,形成闭环。 3、如果在这个差值上叠加可能造成被控对象值变化的另一个对象参数的值与作用系数的乘积,以提前预知被控对象可能的变化趋势并提前做出响应,那么就成了前馈控制。 4、FCS 是现场总线,可以作为DCS系统的现场设备管理层网络,能够通过1根总线连接现场设备,通过专用协议卡接入DCS系统,能够节省大量电缆。 5、串级控制是指由2个PID控制回路组成,分为外环和内环,其中外环的控制输出值作为内环的输入设定值。 前馈反馈控制的原理:前馈控制又称扰动补偿,它与反馈调节原理完全不同,是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化,当干扰刚刚出现并能被测出时,调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化,使两者在被调量发生偏差之前抵消。因此,前馈调节对干扰的客服比反馈调节及时。但是前馈控制是开环控制,其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后,按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果前馈支路出现扰动,经过流量计测量之后,测量得到干扰的大小,然后在反馈支路通过调整调节阀开度,直接进行补偿。而不需要经过调节器。 前馈控制系统在受控部位的活动发生偏差之前就发出控制指令了 反馈控制系统感受到受控部位的活动发生偏差之后才发出控制指令 例如: 当体温降低时机体稳态被打破产热反应的强度相对偏低(即发生偏差) 体温降低之前机体稳态尚未被打破产热反应的强度也尚未出现偏差如果此时控制部位就开始发出指令使产热反应增强就是前馈控制 心脏和血管的活动出现了偏差这种偏差的结果导致血压降低感受器感受到血压降低后控制部位根据这一信息发出指令使血压升高就是(负)反馈控制

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