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
（4）调节器：反馈控制调节器，对被调量进行调节
（5）执行器和调节机构
（6）扰动通道对象：扰动信号通过该通道对被调量产生影响
（7）控制通道对象：调节量通过该通道对被调量进行调节
前馈—反馈复合系统的原理方框图如图所示
前馈—反馈复合控制系统的原理图（1）
为了方便分析，通常将前馈—反馈复合系统的原理图简化为下图
前馈控制系统的简化原理图（2）
1.4、前馈—反馈复合控制系统的特点
（1）系统综合了反馈、前馈控制系统的优点，弥补了他们的缺点，因而前馈—反馈复合控制系统的到了广泛的应用
（2）引入前馈补偿没有影响到系统的稳定性：
很显然，前馈无论加在什么位置，都不会构成回路，系统的特征式都保持不变，因而不会影响系统的稳定性。
（3）引入反馈控制后，前馈完全补偿条件并没有改变。
1.5、前馈—反馈复合控制系统中前馈前馈控制器的设计
前馈—反馈复合控制系统中前馈前馈控制器的传递函数是有完全补偿性原理来求解的由图2可求得
要使扰动Z(s)得到完全补偿，即Z(s)变化时不对C(s)产生影响应有：
二、控制系统的硬件设计
2.1、S7—300系统组成
有中央处理器（CPU）、电源单元（PS）、信号模块（SM）、接口模块（IM）、功能模块（FM）、通讯模块（CP）、特殊模板(SM 374仿真器)
2.2、CPU315—2DP
CPU 315-2DP：具有中到大容量程序存储器和PROFIBUS DP主/
接口，比较适用于大规模的I/O配置或建立分布式I/O系统。
2.3、模式选择开关
（1）RUN-P：可编程运行模式。在此模式下，CPU不仅可以执行用户程序，在
运行的同时，还可以通过编程设备（如装有STEP 7的PG、装有STEP 7的计算机等）读
出、修改、监控用户程序。
（2）RUN：运行模式。在此模式下，CPU执行用户程序，还可以通过编程设备读出、监控用户程序，但不能修改用户程序。
（3）STOP：停机模式。在此模式下，CPU不执行用户程序，但可以通过编程设备（如装有STEP 7的PG、装有STEP 7的计算机等）从CPU中读出或修改用户程序。在此位置可以拔出钥
匙。
（4）MRES：存储器复位模式。该位置不能保持，当开关在此位置释放时将自动返回到STOP位置。将钥匙从STOP模式切换到MRES模式时，可复位存储器，使CPU回到初始状态。
2.4状态及故障显示
SF（红色）：系统出错/故障指示灯。CPU硬件或软件错误时亮。
BATF（红色）：电池故障指示灯（只有CPU313和314配备）。当电池失效或未装入时，指示灯亮。
DC5V（绿色）：＋5V电源指示灯。CPU和S7-300总线的5V电源正常时亮。FRCE（黄色）：强制作业有效指示灯。至少有一个I/O被强制状态时亮。
RUN（绿色）：运行状态指示灯。CPU处于“RUN”状态时亮：LED在“Startup”状态以2Hz频率闪烁；在“HOLD”状态以0.5Hz频率闪烁。
STOP（黄色）：停止状态指示灯。CPU处于“STOP”或“HOLD”或“Startup”状态时亮；在存储器复位时LED以0.5Hz频率闪烁；在存储器置位时LED以2Hz 频率闪烁。
BUS DF（BF）（红色）：总线出错指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。出错时亮。
SF DP：DP接口错误指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。当DP接口故障时亮。
2.4、SM344模拟量输出模块
主要输出的4MA—20MA的电流信号转换为5530—27648的数字信号。
三、控制系统的软件设计
3.1、硬件组态
（1）建立应用工程的一般过程
通常情况下，建立一个应用工程大致可分为以下几个步骤：
第一步：创建新工程为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。
第二步：定义硬件设备并添加工程变量添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量，包括内存变量和I/O 变量。
第三步：制作图形画面并定义动画连接按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。
第四步：编写命令语言通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。
第五步：进行运行系统的配置对运行系统、报警、历史数据记录、网络、用户等进行设置，是系统完成用于现场前的必备工作。
第六步：保存工程并运行完成以上步骤后，一个可以拿到现场运行的工程就制作完成了。
3.2、工程管理器的使用
组态王工程管理器是用来建立新工程，对添加到工程管理器的工程做统一的管理。工程管理器的主要功能包括：新建、删除工程，对工程重命名，搜索组态王工程，修改工程属性，工程备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。
3.3、新建工程
打开组态王后单击此快捷键，弹出新建工程对话框建立组态王工程，点击工程管理器上的“新建”，弹出“新建工程向导之一”如图
点击“下一步”弹出“新建工程向导之二”，画面如图
点击“浏览”，选择新建工程所要存放的路径如图
点击“打开”，选择路径完成，如图
点击“下一步”进入“新建工程向导之三”，如图所示，在“工程名称”处写上要给工程起的名字。“工程描述”是对工程进详细说明（注释作用），我们的
工程名称是“流量液位前馈反馈控制系统”
点击“完成”会出现“是否将新建的工程设为组态王当前工程”的提示，如下图选择“是”，生成下图所示：组态王的当前工程的意义是指直接进开发或运行
所指定的工程。
1）测试要求的组态流程图界面（要求复显），如图所示
3.5、组态变量
3.6、软件编程
1）STEP_5.5的使用
STEP7软件后单机文件新建项目名称为流量液位前馈反馈如图所示
点击确定后右键流量液位前馈反馈后插入新对象SIMTTC 300站点如图所示
打开SIMTTC 300(1)进行硬件编程如图所示
2）模块
量程转换模块
FC201将5530—27648转化成0—100%如图
FC202将0—100%转化成5530—27648如图
前馈反馈的算法如图所示
1、FB41功能描述
使用SFB 41/FB 41 "CONT_C"进行连续控制
引言
SFB/FB "CONT_C" (连续控制器)在SIMATIC S7可编程逻辑控制器上使用，通过持续的输入和输出变量来控制工艺过程。在参数分配期间，可以通过激活或
取消激活PID控制器的子功能使控制器适应过程的需要。使用参数分配工具可
以轻松完成分配(菜单路径：开始> Simatic > Step7 > 分配PID控制参数)。开始> Simatic > Step7 > 分配PID控制(英文)中提供了在线电子手册。
应用
可以使用该控制器作为PID固定设定值控制器或在多循环控制中作为层叠、混料或比率控制器。该控制器的功能基于使用模拟信号的采样控制器的PID控制算法，必要时可以通过加入脉冲发生器阶段进行扩展，为使用成比例执行机构的两个或三个步骤控制器生成脉冲持续时间调制输出信号。
注意只有在以固定时间间隔调用块时，在控制块中计算的值才是正确的。为此，应该在周期性中断OB (OB30至OB38)中调用控制块。在CYCLE参数中输入采样时间。
描述
除了设定值和过程值分支中的功能，SFB/FB还通过持续操作变量输出和手动影响操作值的选项实现了完整的PID控制器。
下文提供了对这些子功能的详细说明：
设定值分支
以浮点格式在SP_INT输入键入设定值。
过程变量分支
可以外设(I/O)或以浮点格式输入过程变量。CRP_IN功能根据以下公式将PV_PER外设值转换为介于-100和+100 %间的浮点格式值：
Output of CPR_IN=PV-PER* 100/27648
PV_NORM功能根据以下公式统一CRP_IN输出的格式：
PV_NORM的输出= (CPR_IN的输出) * PV_FAC + PV_OFF
PV_FAC的默认值为1，PV_OFF的默认值为0。
出错信号
设定值和过程变量间的差异就是出错信号。为消除由于操作变量量化导致的小幅恒定振荡(例如，在使用PULSEGEN进行脉宽调制时)，将死区应用于出错信号(DEADBAND)。如果DEADB_W = 0，将关闭死区。
PID算法
PID算法用于定位计算。比例、积分(INT)和微分(DIF)操作以并联方式连接，因而可以分别激活或取消激活。这使对P、PI、PD和PID控制器进行组态成为可能。还可以对纯I和D控制器进行组态。
手动值
可以在手动和自动模式间进行切换。在手动模式下，使用手动选择的值更正操作变量。积分器(INT)内部设置为LMN - LMN_P - DISV，微分单元(DIF)设置为0并在内部进行匹配。这意味着切换到自动模式不会导致操作值发生任何突变。
操作值
使用LMNLIMIT功能可以将操作值限制为所选择的值。输入变量超过限制时，信号位会给予指示。
LMN_NORM功能根据以下公式统一LMNLIMIT输出的格式：
LMN = (LMNLIMIT的输出) * LMN_FAC + LMN_OFF
LMN_FAC的默认值为1，LMN_OFF的默认值为0。
也可以得到外设格式的操作值。CPR_OUT功能根据以下公式将浮点值LMN转换为外设值：
LMN_PER=LMN*27648/100
前馈控制
可以在DISV输入前馈干扰变量。
初始化
SFB 41 "CONT_C"有一个在输入参数COM_RST = TRUE时自动运行的初始化程序。
在初始化过程中，将把积分器内部设置为初始化值I_ITV AL。以周期性中断优先级调用它时，它会从此值开始继续工作。
将所有其它输出设置为它们各自的默认值。
故障信息
不使用出错输出参数RET_V AL。
3.7、实验结果分析
当给定值为30时实验结果如图所示
当给出一个阶跃信号时输出如图所示
当给出一个正扰动时输出如图所示
六、控制系统的调试
1）PID 参数的调节
1 临界比例度法
这是目前使用较广的一种方法，具体作法如下：
先在纯比例作用下（把积分时间放到最大，微分时间放到零），在闭合的调节系统中，从大到小地逐渐地改变调节器的比例度，就会得到一个临界振荡过程，如图2所示。这时的比例度叫临界比例度δk ，周期为临界振荡周期Tk 。记下δk 和Tk ，然后按表1的经验公式来确定调节器的各参数值。 Tk
时间数 参 调 被 图2 临界振荡示意图 表1 临界比例度法数据表 调节作用
比例度δ（%） 积分时间Ti （分） 微分时间Td （分） 比例
2δk
比例积分 2.2δk 0.85Tk
比例微分 1.8δk 0.1Tk
比例积分微分 1.7δk 0.5Tk 0.125Tk
这种方法在下面两种情况下不宜采用：
1）、临界比例度过小，因为这时候调节阀很容易处于全开及全关位置，对于工艺生产不利，举例来说，对于一个用燃料油（或瓦斯）加热的炉子，如δ很小，接近双位调节，将一会儿熄火，一会儿烟囱浓烟直冲。
2）、工艺上约束条件较严格时，因为这时候如达到等幅振荡，将影响生产的安全运行。
2 衰减曲线法
临界比例度法是要系统等幅振荡，还要多次试凑，而用衰减曲线法较简单，一般又有两种方法。
（1）、4：1衰减曲线法
使系统处于纯比例作用下，在达到稳定时，用改变给定值的办法加入阶跃干扰，观察记录曲线的衰减比，然后逐渐从大到小改变比例度，使出现4：1的衰减比为止，如图3所示。记下此时的比例度δs 。再按表2的经验公式来确定PID 数值。 时间数 参 调 被
给定值
t Ts 41 图3 4：1衰减调节过程曲线 表2 4：1衰减曲线法数据表 调节作用 比例度δ（%） 积分时间Ti （分） 微分时间Td （分） 比例 δs
比例积分 1.2δs 0.5Ts
比例积分微分 0.8δs 0.3Ts 0.1Ts
（2）、10：1衰减曲线法
有的过程，4：1衰减仍嫌振荡过强，可采用10：1衰减曲线法。方法同上，得到10：1衰减曲线，记下此时的比例度δ＇s 和上升时间T ＇s ，再按表3的经验公式来确定PID 的数值。衰减曲线如图4所示。
时间数 参 调 被
给定值t 1T ′s
10 图4 10：1衰减曲线示意图 表3 10：1衰减曲线法数据表 调节作用 比例度δ（%） 积分时间Ti （分） 微分时间Td （分） 比例 δ＇s
比例积分 1.2δ＇s ２Ｔ＇Ｓ
比例积分微分 0.8δ＇s １.２Ｔ＇ｓ ０.４Ｔ＇ｓ 3 经验试凑法
这是在生产实践中所总结出来的方法，目
前应用最为广泛，其步骤简述如下： （e ）
1）、根据不同调节系统的特点，先把P 、 图5 用衰减曲线法现场整定
I 、D 各参数放在基本合适的数值上，这些数值
是由大量实践经验总结得来的（按4：1衰减），其范围大致如表4所示。但也有特殊情况超出表列的范围，例如有的温度调节系统积分时间长达15分钟以上，有的流量系统的比例度可到200%左右等等。 表4 各调节系统PID 参数经验数据表
调节系统 比例度δ（%） 积分时间Ti （分）
微分时间Td （分） 说明 流量 40-100 0.1-1 对象时间常数小，并有杂散扰动，δ应大，Ti 较短，不必用微分。
压力 30-70 0.4-3 对象滞后一般不大，δ略小，Ti 略大，不用微分。
液位 20-80 1-5 δ小，Ti 较大，要求不高时可不用积分，不用微分。
温度 20-60 3-10 0.5-3 对象容量滞后较大。δ小，Ti 大，加微分作用。
五、实验总结
历次本次实验我学会了对西门子PLC它的产生、定义及分类、功能及特点、结构及工作过程等有了初步的了解。对于一个S7—300的组成有哪些，和它的各个模块的作用是什么都有所掌握，对于CUP315的模拟选择开关。如：RUN-P、RUN、STOP、MRES的应用。还有对于CPU的故障状态显示的颜色都表示什么故障也有所掌握。例如：SF（红色）：系统出错/故障指示灯。CPU硬件或软件错误时亮。BATF（红色）：电池故障指示灯（只有CPU313和314配备）。当电池失效或未装入时，指示灯亮。DC5V（绿色）：＋5V电源指示灯。CPU和S7-300总线的5V电源正常时亮。FRCE（黄色）：强制作业有效指示灯。至少有一个I/O 被强制状态时亮等。而且对前馈反馈通路的组成、功能及作用等有了初步的认识。对组态王的应用从怎么去新建一个任务到画出模拟图，在到硬件组态有了初步的学习。还对STEP7软件的应用及编程得到进一步的掌握，在软件编程中，我知道了FC201、FC202的作用及FB41的作用等。还学习PID的几种调节方法，在什么时候适合用临界比例度法，在什么时候用衰减曲线法，在什么时候用经验试凑法都有所了解。但在学习过程中也难免遇到了一些不懂得问题及知识点，例如各个变量是指的什么，怎么样调节更为准确等。但在老师的帮助下，问题也随之解决，在这里也是很感谢老师的。虽然是短短的两周多的时间里我真的学到很多我以前不知道的知识，我相信这次实训也给我带来了很大的财富。
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 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
( 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、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。
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 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
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
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
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
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)
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 %
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
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
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
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
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。
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
下载可编辑 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 2015/2016 学年第一学期 实验项目冷凝器温度前馈—反馈控制系统设计与仿真 所在单位 实验类型□科学研究自拟课题综合设计□计算机应用□其它指导教师实验时数 招收对象 1= 招收人数 项目研究的意义及内容研究意义： 1.掌握复合控制系统的原理。 2.掌握反馈控制器的设计方法。 3.掌握前馈控制器的设计方法，提高学生分析系统和设计系统的实践技能。 4.提高学生的计算机应用能力，掌握MATLAB语言的使用及编程方法。 5.训练学生编写程序及联机调试程序的能力，培养学生团队合作精神。 6.为学生今后从事自动控制工作奠定理论和实践基础。 内容： 分析前馈-反馈控制的原理；对被控对象和扰动通道的传递函数的延迟环节进行近似处理；根据设计要求完成反馈控制器和前馈控制器的设计，并用Simulink仿真验证设计结果的正确性。 控制要求 控制系统的参数和要求如下： 1.被控对象的传递函数为s e s s G8 01 55 94 .0 ) (- + =； 2.扰动通道的传递函数为s f e s s G6 1 41 05 .1 ) (- + =； 3. 设计要求：阶跃给定响应超调量小于50%，阶跃扰动对系统无影响。 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)