反馈控制系统实例

反馈信号的原理和应用实例概述反馈信号是指从输出中采样得到的信号再馈入系统输入端的一种信号。

反馈信号的应用广泛，不仅可以在电子电路中起到稳定系统的作用，还可以在控制系统、通信系统等领域发挥重要作用。

原理反馈信号的原理可以概括为以下几点：1.正反馈和负反馈：根据反馈信号对系统的作用方式不同，可以分为正反馈和负反馈两种。

正反馈是指反馈信号与输入信号具有同样的极性，会放大或增强输入信号，从而引起系统不稳定。

而负反馈是指反馈信号与输入信号极性相反，能够抑制输入信号，使系统保持稳定。

2.反馈环路的结构：一个典型的反馈环路包括一个传感器、一个误差放大器和一个执行器。

传感器从系统的输出中采样得到反馈信号，误差放大器将反馈信号与期望信号比较，计算出系统的误差，并输出控制信号给执行器，执行器根据控制信号对系统进行调节。

3.稳定性和性能优化：反馈信号可以提高系统的稳定性和动态性能。

通过合理的反馈控制，可以使系统响应时间更快，误差更小，从而提高系统的稳定性和性能。

应用实例反馈信号在各个领域都有广泛的应用，下面列举几个常见的应用实例：1. 电子电路中的反馈控制在电子电路中，反馈信号被广泛应用于放大电路和稳压电路中。

比如，在放大电路中，通过将输出信号的一部分反馈到输入端，可以减小输出对输入信号的依赖，提高放大电路的稳定性和线性度。

2. 控制系统中的反馈控制在控制系统中，反馈信号被用于控制系统的闭环控制。

通过采样输出信号并与期望信号进行比较，可以计算出系统的误差，并通过调节控制信号来实现系统的稳定控制。

例如，自动温度控制系统中的温度传感器采集环境温度，并通过与设定温度进行比较，控制加热或制冷设备的运行状态。

3. 通信系统中的反馈控制在通信系统中，反馈信号被用于自适应调节等技术中。

通过采样接收信号并与发送信号进行比较，可以调整发送信号的参数，使得接收信号在噪声干扰下更加稳定。

例如，自适应均衡技术中，接收端采样接收信号，并通过与发送信号进行比较，调节均衡器的参数，使得接收信号的等化效果更好。

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。

plc pid控制实例
本文将介绍一个基于PLC和PID控制的实例。

PLC（可编程逻辑控制器）是一种常见的工业控制设备，可用于自动化控制系统。

而PID控制器是一种常见的反馈控制器，用于控制过程变量，使其保持在给定的目标值附近。

在这个实例中，我们假设有一个温度控制系统，需要维持加热器内的温度在一定的范围内。

我们使用一个PLC和一个PID控制器来实现这个系统。

首先，我们需要将温度传感器连接到PLC上，以便读取加热器内的温度。

然后，我们需要设置一个PID控制器，用于控制加热器的输出功率。

PID控制器包含三个控制项：比例项、积分项和微分项。

比例项根据目标值与当前值之间的误差来调整输出功率。

积分项根据误差的积分来调整输出功率，以消除持续的误差。

微分项根据误差变化的速率来调整输出功率，以减少过冲。

我们需要使用PLC编程语言（例如Ladder Logic）编写一个控制程序，以便将PID控制器与加热器连接起来。

控制程序应在PLC中运行，以实时监测温度并调整输出功率。

最后，我们需要对系统进行调试和优化，以确保温度控制系统能够稳定地工作，并且能够快速响应目标值的变化。

这可以通过调整PID控制器的参数来实现。

总之，PLC和PID控制是工业控制系统中常用的技术。

通过本文
介绍的实例，我们可以了解到如何使用它们来实现一个温度控制系统。

反馈控制系统:同开环控制系统相比，闭环控制具有一系列优点。

但反馈回路的引入增加了系统的复杂性，而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。

为提高控制精度，在扰动变量可以测量时，也常同时采用按扰动的控制（即前馈控制）作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。

反馈控制系统（即闭环控制系统）是基于反馈原理建立的自动控制系统。

所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。

在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。

因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。

反馈控制是自动控制的主要形式。

在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。

反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成（见图）。

图中带叉号的圆圈为比较环节，用来将输入与输出相减，给出偏差信号。

这一环节在具体系统中可能与控制器一起统称为调节器。

以炉温控制为例，受控对象为炉子；输出变量为实际的炉子温度;输入变量为给定常值温度,一般用电压表示。

炉温用热电偶测量，代表炉温的热电动势与给定电压相比较，两者的差值电压经过功率放大后用来驱动相应的执行机构进行控制。

反馈控制系统包括：（一）负反馈（negative feedback）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相反，对控制部分的活动起制约或纠正作用的，称为负反馈。

即使系统的输出值与目标值的偏差越来越小。

1. 意义：维持稳态2. 缺点：滞后、波动（二）正反馈（positive feedback ）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相同，对控制部分的活动起增强作用的，称为正反馈意义：加速生理过程，使机体活动发挥最大效应。

即使系统的输出值与目标值的偏差越来越大，正反馈并不是都是好的，有的时候系统需要正反馈的作用。

典型反馈控制系统的组成
1典型反馈控制系统
典型反馈控制系统是一种控制中反馈控制元件组成的控制系统，常用于调节控制体内参数，以实现特定的控制目标。

反馈控制系统可以实现自我调节，以适应一定程度的变化。

典型反馈控制系统主要由四部分组成，即检测器、控制器、执行器以及反馈通道。

2检测器
检测器是反馈控制系统的传感器，它可以实时地测量出控制物体的参数信息，将测量的结果传输给控制器，也叫信号源或传感器。

通常，检测器来自外部环境，它可以是电压检测器、温度检测器、传动螺旋器等。

3控制器
控制器是反馈控制系统的核心，它负责接受检测器发来的信号，进行模型补偿、信号处理，然后按照运算结果的变化，控制执行器的操作，使之达到预定的位置或速度。

它可以采用模拟或数字形式，常用的控制器有PID控制器、模糊控制器、神经网络控制器等。

4执行器
执行器是实现具体操作的机械装置，它可以将控制器发出的指令实施到实际控制物体，使得控制物体达到预期的形状或者位置。

执行器通常由液压传动系统、特殊机构、以及自动和伺服机械装置组成。

5反馈通道
反馈通道是检测器和控制器之间的通信媒介，它能够将检测器测量的信号实时地传送给控制器，并且将控制器发出的指令实时地传送给执行器，是保证反馈控制系统的正常运行的关键部件。

反馈通道可以通过特定的电子线路或数据网络进行实现，它可以是传输电缆、无线电或者光纤通信。

总之，典型的反馈控制系统一般由检测器、控制器、执行器以及反馈通道四部分组成。

这四部分共同协作，可以有效地实现控制物体内参数的调节，实现目标控制。

控制工程学院课程实验报告:现代控制理论课程实验报告实验题目：状态反馈控制系统的设计与实现班级自动化（工控）姓名曾晓波学号2009021178 日期2013-1—6一、实验目的及内容实验目的:(1 ）掌握极点配置定理及状态反馈控制系统的设计方法；（2 ）比较输出反馈与状态反馈的优缺点;（3 ）训练Matlab程序设计能力。

实验内容：(1 )针对一个二阶系统,分别设计输出反馈和状态反馈控制器；（2 ）分别测出两种情况下系统的阶跃响应；（3 )对实验结果进行对比分析。

二、实验设备装有MATLAB的PC机一台三、实验原理一个控制系统的性能是否满足要求，要通过解的特征来评价，也就是说当传递函数是有理函数时,它的全部信息几乎都集中表现为它的极点、零点及传递函数。

因此若被控系统完全能控，则可以通过状态反馈任意配置极点,使被控系统达到期望的时域性能指标。

闭环系统性能与闭环极点(特征值）密切相关，在状态空间的分析和综合中，除了利用输出反馈以外，主要利用状态反馈来配置极点,它能提供更多的校正信息.(一) 利用状态反馈任意配置闭环极点的充要条件是：受控系统可控。

设SIMO （Single Input —Multi Output ）受控系统的动态方程为状态向量x 通过状态反馈矩阵k ，负反馈至系统参考输入v ，于是有这样便构成了状态反馈系统，其结构图如图1-1所示图1—1 SIMO 状态反馈系统结构图状态反馈系统动态方程为闭环系统特征多项式为()()f I A bk λλ=-+ （1—2) x b v u 1s C A k-y x设闭环系统的期望极点为1λ，2λ，…，n λ，则系统的期望特征多项式为)())(()(21*n f λλλλλλλ---= （1—3） 欲使闭环系统的极点取期望值，只需令式（1—2)和式（1-3）相等,即)()(*λλf f = (1-4） 利用式（1-4）左右两边对应λ的同次项系数相等,可以求出状态反馈矩阵 []n k k k 21=k(二) 对线性定常连续系统∑(A ，B ,C ），若取系统的输出变量来构成反馈,则所得到的闭环控制系统称为输出反馈控制系统。

前馈-反馈控制系统仿真实验一、实验目的（1）掌握动态模型的创建方法.。

（2）掌握前馈控制系统的理论整定方法和工程整定方法。

（3）了解调节器参数对控制品质的影响。

二、实验仪器计算机一台三、实验步骤(1)启动计算机，运行MAILAB应用程序；(2)在MAILAB命令窗口输入Simulink,启动Simulink；(3)在Simulink库浏览窗口中，单击工具栏中的新建窗口快捷按钮或在库窗口中选择菜单命令打开一个标题为“Untitled”的空白模型编辑窗口；(4)用鼠标双击信号源模块库(Source)图标，打开信号源模块库，将光标移动到阶跃信号模块(( Step)的图标上，按住鼠标左键，将其拖放到空白模型编辑窗口中.用鼠标双击附加模块库Simulink模块库，将光标移到PID Controller图标上，按住鼠标左键，将其拖放到空白模块编辑窗口中；（5)用同样的方法从连续系统模块库、接受模块库和数学运算模块库中把传递函数模块、示波器模块(scope)和加法器模块c shin }拖放到空白模型编辑窗口中。

用鼠标单击一个模块的输出端口并用鼠标拖放到另一模块的伞入端口，完成模块间的连接，构造图1所示的前馈控制系统的仿真模型。

图1 （6）根据计算结果设置PID调节其参数。

PI参数PID参数四、实验结果（1）启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变化曲线。

有PID环节如下：（2）启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变化曲线。

有PI环节如下：（3）启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变化曲线。

无反馈模块：（4）启动仿真，通过示波器模块观测并记录系统输出的变化曲线。

加PID控制，没有前馈模块：五、总结（1）通过本次实验掌握动态模型的创建方法，前馈控制系统的理论整定方法和工程整定方法，以及了解调节器参数对控制品质的影响；（2）前馈控制系统一般和反馈结合应用，能够很好的克服前馈的局限性；（3）从实验波形中可以看出，前馈控制可以把干扰在输出前处理好，从中可以看出其控制及时的优点但局限性较大，有些干扰无法处理。

反馈控制系统简介摘要：反馈控制系统属于人们通常所说的自动控制系统中的一个分支。

所谓自动控制，是指在没有人直接参与的情况下，利用外加的设备或生产过程的某个工作状态或参数自动的按照预定的规律运行。

这些外加的设备或装置称为自动控制装置，它们和控制对象一起形成自动控制系统。

例如，船舶机舱的辅锅炉自动控制，分油机自动控制，起货机自动控制和柴油机遥控等都是自动控制技术在船上的典型应用。

关键词：反馈自动控制系统一反馈控制系统的组成一个反馈控制系统必须有四个最基本的环节，即控制对象、测量单元、调节单元和执行机构。

控制对象是指所要控制的机器，设备或装置，而所要控制的运行参数则称为被控量。

控制对象也可称为被控对象。

测量单元的作用是，检查被控量的实际值，并把它转换成统一的标准信号，该信号称为被控量的测量值。

在气动控制系统中，对应被控量的满量程，其统一的标准气压信号是0.02-0.1MPa；在电动控制系统中，对应被控量的满量程，其统一的标准气压信号是4-20mA或0-10mA，使用4-20mA居多。

测量单元一般包括两部分，即传感器和变送器，传感器用于对物理量进行检测，变送器则将传感器的输出转换为调节器能够接受的信号。

调节单元是指具有某种调节作用规律的调节器。

调节器接受测量单元送来的被控量测量值，并与被控量的希望值相比较得到偏差信号，再根据偏差信号的大小和方向，按照某种调节作用规律输出一个控制信号，送给执行机构，对被控量施加控制作用，直到偏差等于零或接近零为止。

执行机构接受调节单元输出的控制信号，并将该信号转换为作用到控制对象的实际控制作用。

调节单元输出的控制信号一般都要经过执行机构才能作用到控制对象上，从改变流入控制对象的物质或能量流量，使之能适应控制对象的负荷变化。

在气动控制系统中，执行机构一般是气动薄膜调节阀或气动活塞式调节阀；在电动控制系统中，一般采用伺服电机。

二反馈控制系统的工作过程设系统处于平衡状态时突然受到一个外部扰动，被控量将离开初始稳定值发生变化，测量单元将把被控量的实际值送至调节器，在调节器内部，被控量的给定值与测量值进行比较，得到偏差值e，调节器依据偏差值的大小和方向按照某种调节作用规律输出一个控制信号，通过执行机构改变流入控制对象的物质或能量流量，被控量朝着偏差减小的方向变化，这一信号又通过测量单元送至调节器，重复上述过程，最终使被控量又回到给定值或给定值附近，系统达到一个新的平衡状态。

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