第5章前馈控制系统

第一章测试1.从自动控制原理的观点看，家用电冰箱工作时，房间的室温为（）。

A:干扰量B:给定量（或参考输入量）C:反馈量D:输出量（或被控制量）答案:A2.从自动控制原理的观点看，下列哪一种系统为开环控制系统？（）A:家用空调机温度控制系统B:国内现有的无人操作交通红绿灯自动控制系统C:家用电冰箱温度控制系统D:家用电热水器恒温控制系统答案:B3.试判断下列元件的动态方程中的哪个是线性方程？（）A:B:C:D:答案:C4.自动控制系统的正常工作受到很多条件的影响，保证自动控制系统正常工作的先决条件是（）。

A:调节性B:快速性C:反馈性D:稳定性答案:D5.下列有关自动控制的相关描述正确的是（）。

A:自动化装置包括变送器、传感器、调节器、执行器和被控对象B:反馈控制实质上是被控对象输出要求进行控制的过程C:只要引入反馈控制，就一定可以实现稳定的控制D:稳定的闭环控制系统总是使偏差趋于减小答案:D第二章测试1.以温度为对象的恒温系统数学模型，其中θc为系统的给定，θf为干扰，则（）。

A:T为放大系数，K为调节系数B:T为时间系数，K为放大系数C:T为调节系数，K为放大系数D:T为时间系数，K为调节系数答案:B2.被控对象的时间常数反映对象在阶跃信号激励下被控变量变化的快慢速度，即惯性的大小，时间常数大，则（）。

A:惯性小，被控变量速度慢，控制较困难B:惯性大，被控变量速度慢，控制较平稳C:惯性小，被控变量速度快，控制较平稳D:惯性大，被控变量速度快，控制较困难答案:B3.关于系统的传递函数，正确的描述是（）。

A:取决于系统的固有参数和系统结构，是单位冲激下的系统输出的拉氏变换B:输入量与输出量之间的关系与系统自身结构无关C:系统固有的参数，反映非零初始条件下的动态特征D:输入量的形式和系统结构均是复变量s的函数答案:A4.一阶控制系统在阶跃A作用下，L的变化规律为（）。

A:B:C:D:答案:A5.一阶被控对象的特性参数主要有（）。

静态前馈控制；动态前馈控制；前馈-反馈控制；前馈-串级控制
1.静态前馈控制
所谓静态前馈控制，是指前馈调节器的输出量仅仅是其输入量的函数．与时间因 子无关。前馈调节器的控制规律具有比例特性，
其大小可根据过程扰动通道的静态放大系数和过程控制通道的静态放大系数来决定。 静态前馈控制只考虑最终稳态时的校正，所以只能使被控参数最终的静态偏差接
Kf
T1s 1 es 的微分表示形式为：
T2s 1
T2
du f (t) dt
uf
(t)
K
f
[T1
dF (t dt
)
F (t
)]
用差分方程来代替微分方程时：
Ts：采用周期。
du f (t) dt
|t kTs
u
f
(k)
dF (t dt
f
)
|t kTs
F (k
1
df ) Ts
F (k
则有：
Wf (s) K f
KdT1s T1s 1
1
T2s 1 KdT2s
1
K
f
T1s 1 T2s 1
在DDZ-Ⅲ型仪表和组装仪表中，上述前馈模型都有相应的硬件模块。为前馈-反 馈控制的广泛应用提供了方便。
Kf
T1s 1 e s 型前馈控制器 T2s 1
采用该种前馈模型的较少。
东北大学
3.数字仪表实施
/ T2 )
1
(
1 a
1)et
aT1
，这里
a
T1
T2
东北大学
当a>1，T1>T2, 前馈补偿器具有滞后性，适用于控制通道滞后小于干扰通道的场合； 当a<1，T1<T2, 前馈补偿器具有超前性，适用于控制通道滞后大于干扰通道的场合。

➢ 前馈控制属于开环控制，所以只要系统中各环节是稳定的， 则控制系统必然稳定。
➢ 只适用于克服可测而不可控的扰动，而对系统中的其他扰 动无抑制作用，因此，前馈控制具有指定性补偿的局限性。
➢ 前馈控制的控制规律，取决于被控对象的特性。因此，往往 控制规律比较复杂。
4、前馈与反馈控制的比较
过程控制
反馈控制
过程控制过程控制过程控制4前馈与反馈控制的比较反馈控制前馈控制设计原理反馈控制理论不变性原理被测变量被控变量扰动量控制器输入测量和设定之间的偏差被测扰动量控制规律的实现可以和经济有时只能近似控制系统组态闭环开环典型控制器ppipdpid及开关超前滞后环节控制作用在过程受扰动的影响以前在过程受扰动的影响以后过程控制过程控制过程控制5前馈控制系统的方框图框图中ds扰动s对象扰动通道传递函数gffs前馈调节器gps对象传递函数前馈调节器的传递函数可应用不变性原理定量地导出其前馈控制系统框图为
➢ 实际工业生产过程中的扰动不止一个
➢ 有些扰动不可测量或难以测量 ➢ 前馈控制对被控变量的控制效果没有检验依据
➢ 即使Gp(s)和Gd(s)可以精确获得，但Gff(s)不能物理实现，例 如出现纯超前环节。
二、前馈控制系统的结构
过程控制
1、静态前馈控制
K ff Gff (s) s0
Gd (s) Gp (s)
ff p d
在大多数情况下，只需考虑主要的惯性 环节，也就是实现部分补偿，因此，动 态前馈算式通常采用近似式：
G ff
(s)
K ff
Tps 1 Td s 1
过程控制
根据Tp和Td的大小关系，动态前馈控制器的阶跃响应如图。 当Tp>Td时，前馈控制器呈现超前特性； 当Tp<Td时，前馈控制器呈现滞后特性； 当Tp=Td时，前馈控制器呈现比例特性，即为静态前馈增益；

143111减小输入信号作用下的稳态误差0型系统的开环放大倍数静态位置误差系数i型系统的开环放大倍数静态速度误差系数ii型系统的开环放大倍数静态加速度误差系数知识要点回顾15增大开环放大倍数可以减小0型系统在阶跃输入作用下的稳态误差
[例3-19] 单位反馈系统的开环传递函数为：
K G ( s) s T1s 1T2 s 1
I型系统的开环放大倍数 K K v （静态速度误差系数）
II型系统的开环放大倍数 K K a （静态加速度误差系数）
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增大开环放大倍数
K 可以
减小0型系统在阶跃输入作用下的稳态误差；
减小I型系统在斜坡输入作用下的稳态误差；
减小II型系统在加速度输入作用下的稳态误差。
注释 增大开环放大倍数只能减小某种输入信号 下的稳态误差值； 增大开环放大倍数不能改变稳态误差的性质。
c0 c1s c2 s cl s R ( s )
2 l
c0 R( s) c1sR( s) c2 s R( s) cl s R( s)
2 l
动态误差系数除了通过对 e ( s) 求各阶导数而获得 以外， 还可以通过长除法将 e ( s) 写成幂级数的形式 而获得。
20
1
减小或消除输入信号作用下的稳态误差
采用PI或PID控制是加入串联积分环节的常用方法。 PI
比例+积分
比例+积分+微分
PID
21
PI控制器
R(s)
E (s)
-
Kp
+
U (s)
G0 ( s )
Y (s)
KI s
PI控制器的传递函数为：
KI K p s K I Gc ( s) K p s s