过程控制_第7章_前馈控制系统-xu
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实验名称:前馈控制系统班级:姓名:学号:实验四前馈控制系统一、实验目的(1)通过本实验,了解前馈控制系统的基本结构及工作原理。
(2)掌握前馈控制系统的设计思想和控制器的参数整定方法。
二、实验原理干扰对系统的作用是通过干扰通道进行的。
前馈控制的原理是给系统附加一个前馈通道(或称前馈控制器),使所测量的系统扰动通过前馈控制器改变控制量。
利用扰动所附加的控制量与扰动对被控制量影响的叠加消除或减小干扰的影响。
前馈控制系统主要特点如下:1) 属于开环控制只要系统中各环节是稳定的,则控制系统必然稳定。
但若系统中有一个环节不稳定,或局部不稳定,系统就不稳定。
另外,系统的控制精度取决于构成控制系统的每一部分的精度,所以对系统各环节精度要求较高。
2) 很强的补偿局限性前馈控制实际是利用同一干扰源经过干扰通道和前馈通道对系统的作用的叠加来消除干扰的影响。
因此,固定的前馈控制只对相应的干扰源起作用,而对其他干扰没有影响。
而且,在工程实际中,影响生产过程的原因多种多样,系统随时间、工作状态、环境等情况的变化,也会发生变化甚至表现出非线性,这些都导致不可能精确确定某一干扰对系统影响的程度或数学描述关系式。
因此,前馈控制即使对单一干扰也难以完全补偿。
3) 前馈控制反应迅速在前馈控制系统中,信息流只向前运行,没有反馈问题,因此相应提高了系统反应的速度。
当扰动发生后,前馈控制器及时动作,对抑制被控制量由于扰动引起的动静态偏差比较有效。
这非常有利于大迟滞系统的控制。
4) 只能用于可测的干扰对不可测干扰,由于无法构造前馈控制器而不能使用。
按结构,前馈控制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。
一个典型的前馈-反馈复合控制系统如图1所示。
前馈-反馈复合控制和前馈-串级复合控制系统的工程整定方法主要有两种:1) 前馈控制和反馈或串级分别整定,确定各自参数,然后组合在一起;2) 首先整定反馈控制系统或串级控制系统,然后再在反馈或串级的基础上引入前馈控制系统,并对前馈控制系统进行整定。
前馈控制系统的基本原理前馈控制系统是一种控制系统,其中输入信号经过预先设计的控制器处理后,直接作用于被控对象,以实现对被控对象的控制。
该系统的基本原理是根据被控对象的数学模型和被控目标,设计适当的控制器,并通过对输入信号进行预先处理,以提前预测被控对象的响应,并消除或最小化干扰对被控对象的影响,从而实现精确控制。
前馈控制系统通常由以下几个主要组成部分构成:被控对象、传感器、控制器和执行器。
被控对象是指需要被控制的系统或设备,如机械臂、电机、飞机等。
传感器负责将被控对象的状态信息转换为电信号,以便输入到控制器中进行处理。
控制器根据输入信号和预先设计的控制算法,生成适当的输出信号,并将其发送到执行器。
执行器根据控制器的输出信号,对被控对象进行调节,从而实现控制目标。
前馈控制系统的基本原理是根据被控对象的数学模型和被控目标,设计适当的控制器,并通过对输入信号进行预先处理来实现精确控制。
在设计控制器时,需要考虑被控对象的动态响应特性、控制目标以及系统的稳定性、鲁棒性和性能要求等因素。
预处理器是前馈控制系统的重要组成部分,其作用是对输入信号进行预先处理,以消除或最小化干扰对被控对象的影响。
预处理器可以采用各种方法,如滤波、调幅、增益调整等,以实现对输入信号的改变。
在前馈控制系统中,控制器的设计是关键。
根据被控对象的数学模型和理想控制目标,可以选择合适的控制算法,如比例积分控制(PI控制)、比例微分控制(PD控制)、模糊控制、神经网络控制等。
控制器的设计要考虑稳定性、鲁棒性、性能要求等因素,以实现对被控对象的精确控制。
前馈控制系统的优点是能够减小被控对象对干扰的响应,提高系统的跟踪性能和鲁棒性。
通过预先预测被控对象的响应,并对控制器的输入信号进行合适的处理,可以消除或最小化干扰对被控对象的影响,从而实现更精确的控制。
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。
在阶跃干扰作用下下,如果前馈调节作用和干扰作用的响应曲线方向相反,幅值相同。
则它们的合成结果,可使达到理想的控制:连续地维持在恒定的设定值上,这称为全补偿。
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。