过程控制中的前馈控制系统ppt课件

扰一出现，前馈控制器就根据检测到的干扰，按 一定规律进行控制。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把偏 差彻底消除。
前馈控制与反馈控制的比较
前馈控制
相关干扰可测量 基于干扰操作 操作变量
开环，无稳定性问题
只有部分干扰可检测
控制通道与相关干扰通道的精确 数学模型均需要获得
前馈控制的理论基础
不变性原理是前馈控制的理论基础。“不变性 ”是指控制系统的被控变量不受扰动变量变化的影 响。进入控制系统中的扰动会通过被控对象的内部 关联，使被控变量发生偏离其设定值的变化。不变 性原理是通过前馈控制器的校正作用，消除扰动对 被控变量的这种影响。
有以下几种类型的不变性： （1）绝对不变性 指在扰动的作用下被控变 量在整个过程中始终保持不变； （2）误差不变性 指在扰动的作用下被控变量 的波动小于一个很小值； （3）稳态不变性 系统在稳态工况下被控变 量与扰动无关； （4）选择不变性 被控变量往往受到若干个 干扰的影响，若系统对其中几个主要的干扰实现不 变性补偿，就称为选择不变性。
TT 11
T2
工艺 介质
反馈控制方案
T2sp
PV
FFC
T1m
RFm
TT
FT
12
31
u RV
蒸汽
T1
RF
换热器
凝液
T2
工艺 介质
前馈控制方案
前馈控制的一般概念
ysp u(t)
前馈控制器
D1(t) Dn(t)
...
D1(t), …, Dn(t) 表示某些 可测量、且对被控变量 CV影响显著的干扰
被控 过程
测量单元
前馈控制器
GDM (s)

第5章
前馈控制系统
5.1 前馈控制系统的特点 5.2 前馈控制系统的几种主要结构形式 5.3 前馈控制规律的实施 5.4 前馈控制系统的应用 5.5 前馈控制系统的参数整定 5.6 多变量前馈控制
实验：前馈控制系统实验
5.4 前馈控制系统的应用
什么情况下采用前馈控制：
（1）对象滞后较大，反馈难以满足要求，可把主要干 扰进行前馈控制
G(s) K es Ts 1
T1s 1 T2s 1
1 T2s 1
e f s
1
1 2
f
s
1
1 2
f
s
-K
输入
+Σ
+K
1
+
1 2
f
s
1
+Σ
-
输出
5.3 前馈控制系统的实施
输入
K=T1/T2-1
Kf
K
1/(T2s+1)
+
输出 －Σ
+
图5-12 （T1s+1）/（T2s+1）实施框图
t
mf
mf (t) K f [1 ( 1)e ]T1 （输出）
实验：前馈控制系统实验
5.3 前馈控制系统的实施
前馈控制规律取决于对象干扰通道和控制通道的 传递函数
工业对象特性复杂，导致前馈控制规律种类繁多， 不利于实施
工业应用希望控制规律能具有一定的通用性， 便于控制实施（特别是仪表）
5.3 前馈控制系统的实施
一般的工业对象可以用一阶容量滞后加纯滞后环节近似,如：
同样对于上述换热器FFC-FBC系统，如果蒸汽流量不稳定， 无论FFC或FBC的效果都不能正常发挥

系统中存在着可测、不可控、变化频率频繁、幅值大且对被控变量 有显著影响的干扰，采用前馈控制系统可大大提高控制品质。
系统中主要干扰比较多，且对执行器要求严格，可采用前馈-串级控 制系统提高控制效果。
对于无自平衡能力的生产过程，不单独使用前馈控制。
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➢前馈-反馈复合控制系统
Gff
T C
SP
B2
B1
输入X： 冷流体流量F1
输出Y： 热流体出口温度
换热器前馈-反馈复合控制系统
当输入X变化时,通过前馈控制器Gff补偿扰动对输出Y的影响，同时反馈控制回路 反馈其他干扰对输出Y的作用，并通过控制变量进行校正，这两个校正作用叠加，使Y
尽快回到设定值。
Y
-Y 被控变量
前馈控制器是通过测量扰动来消除扰动对被控变量的影响。 当干扰发生时，前馈控制器动作及时，通过前馈调节器改变的量刚好补偿干 扰对对象的影响。 反馈控制属于开环控制，只要系统中各个环节稳定，控制系统必然稳定。 只适合于可测不可控的扰动。
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➢前馈控制与反馈控制的比较
前馈基于干扰控制，反馈基于偏差控制。 对于抑制干扰，前馈比反馈要及时。 前馈属于开环控制系统，反馈属于闭环控制系统。 一种前馈控制只能控制一个干扰，反馈控制只用一个控制器就可以克服 多个干扰。 前馈控制使用的是与实施对象特性而定的专用控制器，反馈控制器采用 通用PID控制器。
基本概念
换热器控制模型
控制要求：热流体出口温度T2稳定
被控变量：热流体出口温度T2
控制变量：蒸汽流量Fs
主要扰动：冷流体流量F1、
冷流体入口温度T1、 冷流体

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第七章 前馈及比值控制
7.1.2 前馈控制系统的特点
前馈控制的特点：
②前馈控制系统是一个开环控制系统，这一 点从某种意义上来讲是前馈控制的不足之 处，反馈控制由于是闭环控制系统，控制 结果能够通过反馈获得检验。而前馈控制 的效果并不通过反馈加以检验。因此前馈 控制对被控对象的特性了解必须比反馈控 制清楚的多，才能得到一个比较合适的前 馈控制作用。
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主要的扰动实现不变性就成为选择不变性
第七章 前馈及比值控制
7.1.2 前馈控制系统的特点
前馈控制的特点：
P85
①前馈控制是按照扰动作用大小进行控制的， 如果控制作用恰到好处，一般比反馈控制 要及时；
②前馈控制属于开环控制系统。反馈控制系 统是一个闭环控制系统，而前馈控制是一 个开环控制系统，前馈控制器按扰动量产 生控制作用后，对被控变量的影响并不返 回来影响控制器的输入信号（扰动量）。
第七章 前馈及比值控制
第七章 前馈及比值控制
本章的主要内容: 7.1 前馈控制系统的原理与特点 7.2 前馈控制系统的几种结构形式 7.3 前馈控制规律的实施（系统设计） 7.4 比值控制系统
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第七章 前馈及比值控制
7.1 前馈控制系统的原理与特点
本节的主要内容:
7.1.1 前馈控制和不变性原理
P83
7.1.1 前馈控制和不变性原理
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第七章 前馈及比值控制
7.1.1 前馈控制和不变性原理
系统对扰动Ｆ的全补偿条件： P84
当Ｆ（s） 0时，要求Ｙ（s）= 0
G ff
(s)
G PD (s) G pc (s)
（7.1-3）
满足上式的前馈补偿装置，能使y(t)不受f(t) 变化影响