工業(yè)過(guò)程控制工程__前饋及比值控制

1、第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 1第七章 前饋及比值控制 7.1 7.1 前饋控制系統(tǒng)的前饋控制系統(tǒng)的原理原理與特點(diǎn)與特點(diǎn) 7.2 7.2 前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式 7.3 7.3 前饋控制規(guī)律的實(shí)施（系統(tǒng)設(shè)計(jì)）前饋控制規(guī)律的實(shí)施（系統(tǒng)設(shè)計(jì)） 7.4 7.4 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng) 本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容: :第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 27.1.1 前饋控制和不變性原理前饋控制和不變性原理 P83 1）前饋控制的）前饋控制的概念概念 2）前饋控制的）前饋控制的基本原理基本原理 3）不變性原理（前饋控制的理論基礎(chǔ)）不變性原理（前饋

2、控制的理論基礎(chǔ)）7.1.2 前饋控制系統(tǒng)的前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)特點(diǎn) P85 1）前饋控制的特點(diǎn)）前饋控制的特點(diǎn) 2） 前饋控制與反饋控制的前饋控制與反饋控制的比較比較 7.1 7.1 前饋控制系統(tǒng)的原理與特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)的原理與特點(diǎn)本節(jié)的主要內(nèi)容本節(jié)的主要內(nèi)容: :第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 3前饋控制的前饋控制的概念概念 P83 把影響過(guò)程控制的把影響過(guò)程控制的主主要擾動(dòng)預(yù)要擾動(dòng)預(yù)先先測(cè)測(cè)量出來(lái)，再量出來(lái)，再根據(jù)對(duì)象的物質(zhì)（或能量）根據(jù)對(duì)象的物質(zhì)（或能量）平衡條件，計(jì)算出適應(yīng)擾平衡條件，計(jì)算出適應(yīng)擾動(dòng)的調(diào)節(jié)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使動(dòng)的調(diào)節(jié)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，使被控變量維持在設(shè)定值上。被控變量維持

3、在設(shè)定值上。這種這種按擾動(dòng)進(jìn)行按擾動(dòng)進(jìn)行的的開(kāi)環(huán)控開(kāi)環(huán)控制制方式稱(chēng)為前饋控制。方式稱(chēng)為前饋控制。7.1.1 7.1.1 前饋控制和不變性原理前饋控制和不變性原理y前饋前饋控制器控制器對(duì)象對(duì)象前饋控制系統(tǒng)的方塊圖前饋控制系統(tǒng)的方塊圖第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 4例：例：換熱器出口溫度控制換熱器出口溫度控制 P83圖圖7.1-1 Gff：前饋控制器：前饋控制器 TC：溫度控制器：溫度控制器 ：變送器：變送器 工作過(guò)程工作過(guò)程： 加熱蒸氣通過(guò)換熱器中排管的外面，把熱加熱蒸氣通過(guò)換熱器中排管的外面，把熱量傳給排管內(nèi)被加熱的物料。量傳給排管內(nèi)被加熱的物料。7.1.1 7.1.1 前饋控制

4、和不變性原理前饋控制和不變性原理第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 5例：換熱器出口溫度控制例：換熱器出口溫度控制 P83圖圖7.1-1 出口溫度出口溫度 T 的控制：的控制： 由蒸汽管路上的控制閥來(lái)進(jìn)行由蒸汽管路上的控制閥來(lái)進(jìn)行 引起引起 T 變化的因素：變化的因素： 因素很多，最因素很多，最主要主要的的擾動(dòng)擾動(dòng)是加熱物料的是加熱物料的流量流量Q 當(dāng)流量當(dāng)流量Q發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，出口溫度發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，出口溫度 T 就會(huì)產(chǎn)生就會(huì)產(chǎn)生 偏差偏差7.1.1 7.1.1 前饋控制和不變性原理前饋控制和不變性原理第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 67.1.1 7.1.1 前饋控制和不變性原理

5、前饋控制和不變性原理第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 7用用一般一般的控制的控制方案方案： 控制器根據(jù)溫度控制器根據(jù)溫度T 的的偏差偏差進(jìn)行控制，當(dāng)進(jìn)行控制，當(dāng)Q發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，要等發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，要等T變化后，控制器才開(kāi)變化后，控制器才開(kāi)始動(dòng)作，通過(guò)控制閥改變加熱蒸氣流量，又始動(dòng)作，通過(guò)控制閥改變加熱蒸氣流量，又要經(jīng)過(guò)熱交換的慣性，才會(huì)使要經(jīng)過(guò)熱交換的慣性，才會(huì)使T變化。這樣，變化。這樣，可能使可能使T產(chǎn)生較大的產(chǎn)生較大的動(dòng)態(tài)誤差動(dòng)態(tài)誤差。7.1.1 7.1.1 前饋控制和不變性原理前饋控制和不變性原理第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 8另外一種控制方案另外一種控制方案： 根據(jù)被

6、加熱物料根據(jù)被加熱物料流量流量Q的變化信號(hào)，通過(guò)一的變化信號(hào)，通過(guò)一個(gè)擾動(dòng)補(bǔ)償器來(lái)控制調(diào)節(jié)閥，就不必等到流量個(gè)擾動(dòng)補(bǔ)償器來(lái)控制調(diào)節(jié)閥，就不必等到流量變化反映到出口溫度變化反映到出口溫度T變化以后再去操作，而是變化以后再去操作，而是根據(jù)流量的根據(jù)流量的變化變化，立即立即對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行操作操作，甚，甚至可以在至可以在T還沒(méi)有變化前就及時(shí)對(duì)流量還沒(méi)有變化前就及時(shí)對(duì)流量Q的擾動(dòng)的擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償進(jìn)行補(bǔ)償. 以上的控制稱(chēng)為以上的控制稱(chēng)為前饋控制前饋控制，這個(gè)擾動(dòng)補(bǔ)償，這個(gè)擾動(dòng)補(bǔ)償器稱(chēng)為器稱(chēng)為前饋控制器前饋控制器7.1.1 7.1.1 前饋控制和不變性原理前饋控制和不變性原理第七章第七章 前饋及比值

7、控制前饋及比值控制 9前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)方塊圖方塊圖：P84 圖圖7.1-2 （7.1-1） Gff（s）: 前饋控制器傳函（前饋補(bǔ)償器）前饋控制器傳函（前饋補(bǔ)償器） GPD（s）: 對(duì)象對(duì)象干擾通道干擾通道傳函傳函 GPC（s）: 對(duì)象對(duì)象控制通道控制通道傳函傳函7.1.1 7.1.1 前饋控制和不變性原理前饋控制和不變性原理) s (G) s (G) s (G) s () s (pcffPDFY第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 107.1.1 7.1.1 前饋控制和不變性原理前饋控制和不變性原理第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 11系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的的全補(bǔ)償條

8、件全補(bǔ)償條件： P84 當(dāng)（當(dāng)（s）0時(shí)，要求（時(shí)，要求（s）= 0 （7.1-3） 滿(mǎn)足上式的前饋補(bǔ)償裝置，能使?jié)M足上式的前饋補(bǔ)償裝置，能使y(t)不受不受f(t)變化影響變化影響7.1.1 7.1.1 前饋控制和不變性原理前饋控制和不變性原理)s(G)s(G)s(GpcPDff第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 12全補(bǔ)償過(guò)程全補(bǔ)償過(guò)程: P84 圖圖7.1-3 當(dāng)當(dāng)F階躍變化時(shí)，階躍變化時(shí)，yc ( t)和和yd(t)的變化曲線(xiàn)的變化曲線(xiàn) 方向方向相反，相反，幅值幅值相同。相同。 合成結(jié)果合成結(jié)果： y ( t) = yc ( t) + yd(t) = ct 連續(xù)維持在連續(xù)維持在

9、恒定恒定的設(shè)定值上的設(shè)定值上7.1.1 7.1.1 前饋控制和不變性原理前饋控制和不變性原理第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 137.1.1 7.1.1 前饋控制和不變性原理前饋控制和不變性原理第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 14 不變性原理的不變性原理的理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ) P84 “不變性不變性”的的概念概念： 控制系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的被控變量被控變量與與擾動(dòng)量擾動(dòng)量完全完全無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)。 然而然而，進(jìn)入控制系統(tǒng)中的擾動(dòng)必須通過(guò)進(jìn)入控制系統(tǒng)中的擾動(dòng)必須通過(guò)被控對(duì)象的內(nèi)部聯(lián)系，使被控變量發(fā)生偏離被控對(duì)象的內(nèi)部聯(lián)系，使被控變量發(fā)生偏離給定值的變化。給定值的變化。 不變性原理不變性原理

10、是通過(guò)前饋控制器的校正作是通過(guò)前饋控制器的校正作用，消除擾動(dòng)對(duì)被控變量的這種影響。用，消除擾動(dòng)對(duì)被控變量的這種影響。7.1.1 7.1.1 前饋控制和不變性原理前饋控制和不變性原理第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 15 不變性的類(lèi)型不變性的類(lèi)型 P847.1.1 7.1.1 前饋控制和不變性原理前饋控制和不變性原理就成為選擇不變性主要的擾動(dòng)實(shí)現(xiàn)不變性對(duì)其中幾個(gè)若系統(tǒng)采用了被控變量作用。往往受到若干個(gè)擾動(dòng)的選擇不變性：被控變量擾動(dòng)量無(wú)關(guān)穩(wěn)態(tài)工況下被控變量與穩(wěn)態(tài)不變性：指系統(tǒng)在的不變性在一定誤差為或者說(shuō)與絕對(duì)不變性存有一定限制的不變性，誤差不變性：指準(zhǔn)確度終不變）在整個(gè)過(guò)渡過(guò)程中始（被控

11、變量）的作用下（擾動(dòng)量絕對(duì)不變性：指系統(tǒng)在tytf第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 16前饋控制的特點(diǎn)：前饋控制的特點(diǎn)： P85前饋控制是前饋控制是按照擾動(dòng)按照擾動(dòng)作用大小作用大小進(jìn)行控制進(jìn)行控制的，的，如果控制作用恰到好處，一般比反饋控制如果控制作用恰到好處，一般比反饋控制要要及時(shí)及時(shí)；前饋控制屬于前饋控制屬于開(kāi)環(huán)控制開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。反饋控制系系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，而前饋控制是一統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，而前饋控制是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，前饋控制器按擾動(dòng)量產(chǎn)個(gè)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，前饋控制器按擾動(dòng)量產(chǎn)生控制作用后，對(duì)被控變量的影響并不返生控制作用后，對(duì)被控變量的影響并不返回來(lái)影響控制

12、器的輸入信號(hào)（擾動(dòng)量）?；貋?lái)影響控制器的輸入信號(hào)（擾動(dòng)量）。7.1.2 7.1.2 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 17前饋控制的特點(diǎn)：前饋控制的特點(diǎn)： 前饋控制系統(tǒng)是一個(gè)前饋控制系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)環(huán)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，這一控制系統(tǒng)，這一點(diǎn)從某種意義上來(lái)講是前饋控制的點(diǎn)從某種意義上來(lái)講是前饋控制的不足不足之之處，反饋控制由于是閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制處，反饋控制由于是閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制結(jié)果能夠通過(guò)反饋獲得檢驗(yàn)。而結(jié)果能夠通過(guò)反饋獲得檢驗(yàn)。而前饋控制前饋控制的效果并不通過(guò)反饋加以檢驗(yàn)。的效果并不通過(guò)反饋加以檢驗(yàn)。因此前饋因此前饋控制對(duì)被控對(duì)象的特性了解必須比反饋控

13、控制對(duì)被控對(duì)象的特性了解必須比反饋控制清楚的多，才能得到一個(gè)比較合適的前制清楚的多，才能得到一個(gè)比較合適的前饋控制作用饋控制作用。7.1.2 7.1.2 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 18前饋控制的特點(diǎn)：前饋控制的特點(diǎn)：前饋控制使用的是視前饋控制使用的是視對(duì)象對(duì)象而定的而定的專(zhuān)用控制專(zhuān)用控制器器。一般的反饋控制系統(tǒng)均采用通用的。一般的反饋控制系統(tǒng)均采用通用的PID控制器，而前饋控制器是專(zhuān)用控制器，控制器，而前饋控制器是專(zhuān)用控制器，對(duì)于不同的對(duì)象特性，前饋控制器的形式對(duì)于不同的對(duì)象特性，前饋控制器的形式將是不同的；將是不同的；前饋控制只能克服前

14、饋控制只能克服可測(cè)的擾動(dòng)可測(cè)的擾動(dòng)量的影響，量的影響，如果擾動(dòng)量不可測(cè)，就不能進(jìn)行前饋控制。如果擾動(dòng)量不可測(cè)，就不能進(jìn)行前饋控制。7.1.2 7.1.2 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 19前饋控制與反饋控制的比較：前饋控制與反饋控制的比較：P85表表7.1-17.1.2 7.1.2 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 控制控制的的依據(jù)依據(jù)檢測(cè)檢測(cè)的的信信號(hào)號(hào)控制作用的控制作用的發(fā)生時(shí)間發(fā)生時(shí)間反饋反饋控控制制被控變量被控變量的的偏差偏差被控變量被控變量偏差出現(xiàn)后偏差出現(xiàn)后前饋前饋控控制制擾動(dòng)量的擾動(dòng)量的大小大小擾動(dòng)量擾動(dòng)量偏差出現(xiàn)前偏差出現(xiàn)

15、前第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 20前饋前饋控制與控制與反饋反饋控制的控制的比較比較： 反饋控制反饋控制是按被控參數(shù)與給定值的偏差進(jìn)是按被控參數(shù)與給定值的偏差進(jìn)行控制的，如果干擾已經(jīng)發(fā)生，而被控參行控制的，如果干擾已經(jīng)發(fā)生，而被控參數(shù)都還沒(méi)有變化，則控制器不會(huì)產(chǎn)生校正數(shù)都還沒(méi)有變化，則控制器不會(huì)產(chǎn)生校正作用。故反饋控制作用。故反饋控制落后于干擾作用落后于干擾作用，對(duì)干，對(duì)干擾的控制不及時(shí)。擾的控制不及時(shí)。 前饋控制前饋控制是按照干擾作用進(jìn)行控制的，是按照干擾作用進(jìn)行控制的，對(duì)干擾的控制是及時(shí)的對(duì)干擾的控制是及時(shí)的。理論上對(duì)干擾影。理論上對(duì)干擾影響可以達(dá)到完全補(bǔ)償，使被控參數(shù)不變。

16、響可以達(dá)到完全補(bǔ)償，使被控參數(shù)不變。7.1.2 7.1.2 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 21前饋前饋控制與控制與反饋反饋控制的控制的比較比較： 前饋前饋控制對(duì)控制對(duì)時(shí)間常數(shù)或滯后時(shí)間較大時(shí)間常數(shù)或滯后時(shí)間較大、干擾大而頻繁干擾大而頻繁的的對(duì)象對(duì)象有顯著效果。而反饋控有顯著效果。而反饋控制對(duì)此類(lèi)對(duì)象的控制難以滿(mǎn)足要求。制對(duì)此類(lèi)對(duì)象的控制難以滿(mǎn)足要求。前饋前饋控制是控制是開(kāi)環(huán)開(kāi)環(huán)控制，其控制效果不通過(guò)反控制，其控制效果不通過(guò)反饋來(lái)檢驗(yàn)；饋來(lái)檢驗(yàn)； 反饋反饋控制是控制是閉環(huán)閉環(huán)控制，其控制效果要通過(guò)控制，其控制效果要通過(guò)反饋來(lái)檢驗(yàn)。反饋來(lái)檢驗(yàn)。7

17、.1.2 7.1.2 前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 227.2.1 靜態(tài)前饋靜態(tài)前饋 P857.2.2 動(dòng)態(tài)前饋動(dòng)態(tài)前饋 P86 7.2.3 前饋反饋控制系統(tǒng)前饋反饋控制系統(tǒng) P877.2.4 前饋串級(jí)控制系統(tǒng)前饋串級(jí)控制系統(tǒng) P887.2.5 多變量前饋多變量前饋 P897.2 7.2 前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式 本節(jié)的主要內(nèi)容本節(jié)的主要內(nèi)容: :第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 23概念概念：指前饋控制器的輸出與輸入為一個(gè)靜指前饋控制器的輸出與輸入為一個(gè)靜 態(tài)系統(tǒng)，與時(shí)間因子無(wú)關(guān)態(tài)系統(tǒng)，與時(shí)間因子無(wú)關(guān)。

18、 在在生產(chǎn)過(guò)程中，有時(shí)只要求在生產(chǎn)過(guò)程中，有時(shí)只要求在穩(wěn)定工穩(wěn)定工況下況下實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)的補(bǔ)償，這時(shí)只要采用實(shí)現(xiàn)對(duì)擾動(dòng)的補(bǔ)償，這時(shí)只要采用靜靜態(tài)前饋態(tài)前饋控制即可?？刂萍纯?。 前饋靜態(tài)控制系統(tǒng)實(shí)施起來(lái)很方便，前饋靜態(tài)控制系統(tǒng)實(shí)施起來(lái)很方便，用一般的比值器或者比例控制器即可，在用一般的比值器或者比例控制器即可，在生產(chǎn)上獲得了廣泛應(yīng)用生產(chǎn)上獲得了廣泛應(yīng)用。7.2.17.2.1靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 24靜態(tài)靜態(tài)前饋控制前饋控制算式算式的獲?。旱墨@取：P86 圖圖7.2-1 （7.2-1）實(shí)例實(shí)例：換熱器出口溫度控制：換熱器出口溫度控制 利用物料平衡算

19、式求得較完善的靜利用物料平衡算式求得較完善的靜 態(tài)前饋算式。態(tài)前饋算式。熱平衡算式熱平衡算式： f Cp（y - y0）= ys Hs （7.2-2） ys = f Cp （r - y0）/ Hs （7.2- 4）7.2.17.2.1靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)PCPDffKKG)0(第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 25靜態(tài)前饋控制算式的獲?。红o態(tài)前饋控制算式的獲?。篜86 圖圖7.2-1 上式即為上式即為靜態(tài)靜態(tài)前饋控制算式前饋控制算式（非線(xiàn)性算非線(xiàn)性算式）式） 在化工工藝參數(shù)中：在化工工藝參數(shù)中： 液壓和壓力的前饋計(jì)算：線(xiàn)性的液壓和壓力的前饋計(jì)算：線(xiàn)性的 溫度和成分的前饋計(jì)

20、算：非線(xiàn)性的溫度和成分的前饋計(jì)算：非線(xiàn)性的7.2.17.2.1靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 267.2.17.2.1靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 27 在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)考慮系統(tǒng)的在生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)考慮系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)精度動(dòng)態(tài)精度時(shí)，時(shí)，靜態(tài)前饋控制往往不能滿(mǎn)足工藝要求，此時(shí)需靜態(tài)前饋控制往往不能滿(mǎn)足工藝要求，此時(shí)需采用采用動(dòng)態(tài)前饋動(dòng)態(tài)前饋控制?？刂啤?P86圖圖7.2-2 比較比較: P84式式7.1-3 和和 P86式式7.2-1，可見(jiàn)，可見(jiàn) 靜態(tài)前饋是靜態(tài)前饋是動(dòng)態(tài)前饋動(dòng)態(tài)前饋控制的一種特例?？刂频囊环N特例

21、。 動(dòng)態(tài)前饋動(dòng)態(tài)前饋可以看作可以看作靜態(tài)前饋靜態(tài)前饋和和動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償兩部分，它們結(jié)合在一起，可以進(jìn)一步提高控兩部分，它們結(jié)合在一起，可以進(jìn)一步提高控制過(guò)程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)制過(guò)程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。7.2.27.2.2動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 281）討論重點(diǎn)討論重點(diǎn)：針對(duì)非線(xiàn)性過(guò)程在靜態(tài)非線(xiàn)性：針對(duì)非線(xiàn)性過(guò)程在靜態(tài)非線(xiàn)性 前饋基礎(chǔ)上添加前饋基礎(chǔ)上添加動(dòng)態(tài)補(bǔ)償動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。的問(wèn)題。2）方法：方法：工程設(shè)計(jì)方法工程設(shè)計(jì)方法 對(duì)于非線(xiàn)性過(guò)程，要通過(guò)非線(xiàn)性狀態(tài)對(duì)于非線(xiàn)性過(guò)程，要通過(guò)非線(xiàn)性狀態(tài) 方程來(lái)求取非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償器是方程來(lái)求取非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)前饋補(bǔ)償

22、器是 比較困難的。比較困難的。3）步驟：步驟：采用采用工程設(shè)計(jì)方法工程設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)非線(xiàn)性，設(shè)計(jì)非線(xiàn)性 動(dòng)態(tài)前饋控制器動(dòng)態(tài)前饋控制器7.2.27.2.2動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 293）步驟：步驟： 按物料平衡和能量平衡關(guān)系求取按物料平衡和能量平衡關(guān)系求取對(duì)象靜態(tài)對(duì)象靜態(tài)模型模型（一般為非線(xiàn)性關(guān)系），進(jìn)而求?。ㄒ话銥榉蔷€(xiàn)性關(guān)系），進(jìn)而求取靜靜態(tài)前饋模型態(tài)前饋模型（一般為非線(xiàn)性模型）；（一般為非線(xiàn)性模型）； 逐個(gè)逐個(gè)測(cè)取測(cè)取對(duì)象對(duì)象各通道各通道的的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性，分成靜，分成靜態(tài)部分和動(dòng)態(tài)部分。在設(shè)計(jì)中，需添加的態(tài)部分和動(dòng)態(tài)部分。在設(shè)計(jì)中，需添

23、加的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)僅是傳函的動(dòng)態(tài)部分；動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)僅是傳函的動(dòng)態(tài)部分；7.2.27.2.2動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 303）步驟：步驟： 將靜態(tài)前饋模型中的將靜態(tài)前饋模型中的非線(xiàn)性環(huán)節(jié)線(xiàn)性化非線(xiàn)性環(huán)節(jié)線(xiàn)性化： 將乘法器線(xiàn)性化后組成的靜態(tài)前饋將乘法器線(xiàn)性化后組成的靜態(tài)前饋補(bǔ)償器補(bǔ)償器與線(xiàn)性化后的與線(xiàn)性化后的被控過(guò)程被控過(guò)程相相結(jié)合結(jié)合，組成組成一個(gè)一個(gè)具有靜態(tài)前饋補(bǔ)償?shù)木哂徐o態(tài)前饋補(bǔ)償?shù)木€(xiàn)性系統(tǒng)線(xiàn)性系統(tǒng)； 在線(xiàn)性化后的靜態(tài)前饋模型基礎(chǔ)上，結(jié)合在線(xiàn)性化后的靜態(tài)前饋模型基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)象各通道的動(dòng)態(tài)部分，按全補(bǔ)償要求添對(duì)象各通道的動(dòng)態(tài)部分，按全補(bǔ)償要求添

24、加加動(dòng)態(tài)補(bǔ)償動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)；環(huán)節(jié)； 將線(xiàn)性化處理后的環(huán)節(jié)將線(xiàn)性化處理后的環(huán)節(jié)恢復(fù)恢復(fù)成原有的成原有的非線(xiàn)非線(xiàn)性環(huán)節(jié)性環(huán)節(jié)。7.2.27.2.2動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 314）注意的問(wèn)題）注意的問(wèn)題 前饋控制器中有幾個(gè)環(huán)節(jié)用了前饋控制器中有幾個(gè)環(huán)節(jié)用了傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)表表達(dá)式，它們僅表示該環(huán)節(jié)的輸入輸出信號(hào)達(dá)式，它們僅表示該環(huán)節(jié)的輸入輸出信號(hào)存在線(xiàn)性動(dòng)態(tài)關(guān)系，并不意味著整個(gè)前饋存在線(xiàn)性動(dòng)態(tài)關(guān)系，并不意味著整個(gè)前饋方框可用傳遞函數(shù)來(lái)表示；方框可用傳遞函數(shù)來(lái)表示； 前饋控制器是非線(xiàn)性的（因包括乘法環(huán)節(jié)）前饋控制器是非線(xiàn)性的（因包括乘法環(huán)節(jié)）對(duì)對(duì)非線(xiàn)性

25、過(guò)程非線(xiàn)性過(guò)程不能應(yīng)用傳遞函數(shù)來(lái)描述。不能應(yīng)用傳遞函數(shù)來(lái)描述。7.2.27.2.2動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 32前饋控制的前饋控制的局限性局限性： P871）前饋控制系統(tǒng)存在前饋控制系統(tǒng)存在偏差偏差 實(shí)際實(shí)際的工業(yè)對(duì)象會(huì)有的工業(yè)對(duì)象會(huì)有多個(gè)擾動(dòng)多個(gè)擾動(dòng)，若都設(shè)，若都設(shè)置前饋通道，勢(shì)必增加控制系統(tǒng)投資費(fèi)用置前饋通道，勢(shì)必增加控制系統(tǒng)投資費(fèi)用和維護(hù)工作量。因而一般僅和維護(hù)工作量。因而一般僅選擇幾個(gè)主要選擇幾個(gè)主要擾動(dòng)加前饋控制擾動(dòng)加前饋控制。這樣的前饋控制器對(duì)。這樣的前饋控制器對(duì)其其它擾動(dòng)它擾動(dòng)是是沒(méi)有校正作用沒(méi)有校正作用的；的； 受前饋控制受前饋

26、控制模型精度限制模型精度限制7.2.37.2.3前饋前饋- -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 33前饋控制的前饋控制的局限性局限性： P87 1）前饋控制系統(tǒng)存在偏差前饋控制系統(tǒng)存在偏差 用儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)用儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)前饋控制算式前饋控制算式時(shí)，往往做了時(shí)，往往做了近似處理近似處理。尤其當(dāng)綜合得到的前饋控制算式。尤其當(dāng)綜合得到的前饋控制算式中包含有純超前環(huán)節(jié)或純微分環(huán)節(jié)時(shí)，它們中包含有純超前環(huán)節(jié)或純微分環(huán)節(jié)時(shí)，它們?cè)谖锢砩鲜遣荒軐?shí)現(xiàn)的，構(gòu)筑的前饋控制器在物理上是不能實(shí)現(xiàn)的，構(gòu)筑的前饋控制器只能是近似的，如將純超前環(huán)節(jié)處理為靜態(tài)只能是近似的，如將純超前環(huán)節(jié)處理為靜態(tài)

27、環(huán)節(jié)，將純微分環(huán)節(jié)處理為超前滯后環(huán)節(jié)；環(huán)節(jié)，將純微分環(huán)節(jié)處理為超前滯后環(huán)節(jié)；7.2.37.2.3前饋前饋- -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 34前饋控制的前饋控制的局限性局限性： P87 2） 前饋控制不存在被控變量的反饋，無(wú)法檢前饋控制不存在被控變量的反饋，無(wú)法檢 驗(yàn)補(bǔ)償效果。驗(yàn)補(bǔ)償效果。解決方法解決方法： 將前饋控制與反饋控制結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成將前饋控制與反饋控制結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成前饋前饋 - 反饋控制反饋控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。綜合綜合兩者的兩者的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 前饋校正：對(duì)擾動(dòng)的控制及時(shí)前饋校正：對(duì)擾動(dòng)的控制及時(shí) 反饋控制：能夠克服多種擾動(dòng)的影響反饋控制：能夠克服多種

28、擾動(dòng)的影響 對(duì)被控變量最終檢驗(yàn)對(duì)被控變量最終檢驗(yàn) 7.2.37.2.3前饋前饋- -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 35前饋前饋-反饋算式的求取反饋算式的求?。豪簱Q熱器的前饋例：換熱器的前饋-反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng) 原理圖：原理圖： P87 圖圖7.2-3 方塊圖：方塊圖： P88 圖圖7.2-4 傳遞函數(shù)：傳遞函數(shù)： （7.2-5）7.2.37.2.3前饋前饋- -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng))()(1)()()()(1)()()(sGsGsGsGsGsGsGsFsYPCcPCffPCcPD第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 367.2.37.2.

29、3前饋前饋- -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 377.2.37.2.3前饋前饋- -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 38前饋前饋-反饋算式反饋算式的求取的求取例：換熱器的前饋例：換熱器的前饋-反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng) 補(bǔ)償原理：不變性原理補(bǔ)償原理：不變性原理 F（s） 0時(shí)時(shí), Y（s）= 0（帶入式（帶入式7.2-5中）中） （7.2-6） 與單純前饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全補(bǔ)償?shù)乃闶脚c單純前饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全補(bǔ)償?shù)乃闶较嗤嗤?.2.37.2.3前饋前饋- -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng))s (G)s (G)s (GPCPDff第七章第七章

30、 前饋及比值控制前饋及比值控制 39前饋前饋-反饋系統(tǒng)的反饋系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) P88 從從前饋前饋角度：反饋控制對(duì)未選作前角度：反饋控制對(duì)未選作前 饋信號(hào)的干擾有校正作饋信號(hào)的干擾有校正作 用；用； 從從反饋反饋角度：前饋補(bǔ)償減小了反饋控角度：前饋補(bǔ)償減小了反饋控 制的負(fù)擔(dān)。制的負(fù)擔(dān)。7.2.37.2.3前饋前饋- -反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 401）應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合： P882）優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 7.2.47.2.4前饋前饋- -串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)求高控制的精度和穩(wěn)定性要擾動(dòng)頻繁而劇烈動(dòng)靜態(tài)品質(zhì)指標(biāo)較高可降低對(duì)控制閥的要求回路的擾動(dòng)可同時(shí)克服主回路和副

31、第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 413）應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例：換熱器溫度控制：換熱器溫度控制 原理框圖原理框圖：P88圖圖7.2-57.2.47.2.4前饋前饋- -串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)（主要擾動(dòng)）前饋量：加熱物料流量主回路：出口溫度控制流量控制副回路（增加）：蒸汽第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 427.2.47.2.4前饋前饋- -串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 434）前饋算式前饋算式求取求取 P89 （7.2-7） （7.2-8）式中，式中，PC（s）是包括蒸汽流量回路和）是包括蒸汽流量回路和（s）在內(nèi)的廣義控制通道傳遞函數(shù)。）

32、在內(nèi)的廣義控制通道傳遞函數(shù)。7.2.47.2.4前饋前饋- -串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng))s(G)s(G)s(G)s(G)s(G)s(GP1PDffPCPDff第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 444）前饋算式前饋算式求取求取有時(shí)，適當(dāng)?shù)倪x擇有時(shí)，適當(dāng)?shù)倪x擇（s）使流量閉）使流量閉合回路的工作頻率遠(yuǎn)大于主回路工作頻率，合回路的工作頻率遠(yuǎn)大于主回路工作頻率，副回路是個(gè)副回路是個(gè)快速隨動(dòng)快速隨動(dòng)系統(tǒng)，其等效環(huán)節(jié)可系統(tǒng)，其等效環(huán)節(jié)可近似看成近似看成“”，這時(shí)，這時(shí) （7.2- 8） 可見(jiàn)，在可見(jiàn)，在前饋串級(jí)前饋串級(jí)控制系統(tǒng)中前饋控制系統(tǒng)中前饋補(bǔ)償器的數(shù)學(xué)模型由系統(tǒng)補(bǔ)償器的數(shù)學(xué)模型由系統(tǒng)擾動(dòng)通

33、道擾動(dòng)通道與與主回主回路特性路特性之比決定。之比決定。7.2.47.2.4前饋前饋- -串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng))()(1sGsGPPC第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 45 單單輸入輸入單輸出的前饋控制系統(tǒng)的單輸出的前饋控制系統(tǒng)的基本原基本原理理和和分析方法分析方法基本可以應(yīng)用到多基本可以應(yīng)用到多輸入輸入多輸出多輸出的前饋控制系統(tǒng)中來(lái)，本節(jié)主要討論線(xiàn)性多的前饋控制系統(tǒng)中來(lái)，本節(jié)主要討論線(xiàn)性多輸入輸入多輸出的前饋控制系統(tǒng)多輸出的前饋控制系統(tǒng)。一個(gè)具有一個(gè)具有多多輸入輸入多輸出多輸出的對(duì)象可應(yīng)用的對(duì)象可應(yīng)用傳傳遞矩陣遞矩陣來(lái)表示其動(dòng)態(tài)特性，如一個(gè)線(xiàn)性定常來(lái)表示其動(dòng)態(tài)特性，如一個(gè)線(xiàn)性定常

34、的多變量控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)的多變量控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)方程方程可表示為可表示為 （7.2-9）7.2.57.2.5多變量前饋控制多變量前饋控制111CMMCDDCCMPDP第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 467.2.57.2.5多變量前饋控制多變量前饋控制第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 47式中：式中： C為對(duì)象的被控矢量（為對(duì)象的被控矢量（C維）；維）； M為對(duì)象的控制矢量（為對(duì)象的控制矢量（M維）；維）； D為對(duì)象的擾動(dòng)矢量為對(duì)象的擾動(dòng)矢量 （D維）；維）； P、P分別為對(duì)象的擾動(dòng)通道和分別為對(duì)象的擾動(dòng)通道和控制通道的傳遞矩陣?？刂仆ǖ赖膫鬟f矩陣。7.2.57.2.5多變量前

35、饋控制多變量前饋控制第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 48 假設(shè)多變量前饋控制模型的傳遞假設(shè)多變量前饋控制模型的傳遞矩陣為矩陣為F，則相應(yīng)的輸入輸出關(guān)系，則相應(yīng)的輸入輸出關(guān)系為為 （7.2-10）得得（7.2-11） P89圖圖7.2-67.2.57.2.5多變量前饋控制多變量前饋控制11DDMMDFM11DDCDCDMMCCDPFPC第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 49由上式可知，為了達(dá)到對(duì)擾動(dòng)矢量的由上式可知，為了達(dá)到對(duì)擾動(dòng)矢量的完全補(bǔ)償，在完全補(bǔ)償，在CM（即被控變量數(shù)小于或（即被控變量數(shù)小于或等于控制變量數(shù)）的情況下，必須滿(mǎn)足矩等于控制變量數(shù)）的情況下，必須滿(mǎn)足矩

36、陣陣 中所有元素均等于中所有元素均等于0，即為即為0矩陣矩陣。由此來(lái)決定前饋模型的傳遞函。由此來(lái)決定前饋模型的傳遞函數(shù)數(shù)F。7.2.57.2.5多變量前饋控制多變量前饋控制DCDCDMMCPFP第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 50當(dāng)當(dāng) C = M 時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償，時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償， 前饋模型傳遞矩陣為前饋模型傳遞矩陣為 （7.2-12）7.2.57.2.5多變量前饋控制多變量前饋控制DCMCDMPPF1第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 51多變量前饋控制系統(tǒng)方框圖：多變量前饋控制系統(tǒng)方框圖：P89 圖圖7.2-6 7.2.57.2.5多變量前饋控制多變量前饋控制

37、第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 52多變量前饋多變量前饋-反饋控制反饋控制系統(tǒng)：系統(tǒng)： P89 同單變量前饋系統(tǒng)一樣，同樣可將前同單變量前饋系統(tǒng)一樣，同樣可將前饋與反饋結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成如圖饋與反饋結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成如圖7.2-7所示的所示的多變量前饋多變量前饋-多變量反饋控制系統(tǒng)。多變量反饋控制系統(tǒng)。 假設(shè)多變量反饋的控制矩陣為假設(shè)多變量反饋的控制矩陣為BMXC，在這個(gè)傳遞函數(shù)矩陣中的每一個(gè)元素都是在這個(gè)傳遞函數(shù)矩陣中的每一個(gè)元素都是一個(gè)反饋控制器的傳遞函數(shù)。一個(gè)反饋控制器的傳遞函數(shù)。 控制方程控制方程為為 7.2.57.2.5多變量前饋控制多變量前饋控制111CCMDDMMCBDFM第

38、七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 53多變量前饋多變量前饋-反饋控制系統(tǒng)方框圖：反饋控制系統(tǒng)方框圖： P89 7.2.57.2.5多變量前饋控制多變量前饋控制第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 54實(shí)例實(shí)例：三元精餾塔（：三元精餾塔（分離分離苯苯、甲苯甲苯、二甲苯）二甲苯） P90 圖圖7.2-8控制指標(biāo)控制指標(biāo)：塔頂餾出物中苯的含量：塔頂餾出物中苯的含量xD 塔底餾出物中二甲苯的含量塔底餾出物中二甲苯的含量xB主要擾動(dòng)主要擾動(dòng)：進(jìn)料量：進(jìn)料量F、進(jìn)料溫度進(jìn)料溫度q 進(jìn)料中苯進(jìn)料中苯、甲苯甲苯、二甲苯的二甲苯的 含量含量z1 、z2 、z37.2.57.2.5多變量前饋控制（實(shí)

39、例）多變量前饋控制（實(shí)例）第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 55實(shí)例實(shí)例： P90 圖圖7.2-8擾動(dòng)擾動(dòng)前饋前饋輸入輸入量量：F、q 、z1 、z3操縱變量操縱變量：塔頂回流量：塔頂回流量R 再沸器的蒸汽流量再沸器的蒸汽流量VB塔的塔的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性： xD=p11R+p12 VB + p13 F + p14 q + p15 z1 xB=p21R+p22 VB + p23 F + p24 q + p25 z37.2.57.2.5多變量前饋控制（實(shí)例）多變量前饋控制（實(shí)例）第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 56實(shí)例實(shí)例：三元精餾塔（：三元精餾塔（分離分離苯苯、甲苯甲苯、二

40、甲苯）二甲苯） P90 圖圖7.2-8 塔的塔的前饋控制模型前饋控制模型： P90 式式7.2-19精餾塔的精餾塔的控制方程式控制方程式： P90 式式7.2-207.2.57.2.5多變量前饋控制（實(shí)例）多變量前饋控制（實(shí)例）第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 57 7.3.1前饋控制規(guī)律的前提條件前饋控制規(guī)律的前提條件7.3.2前饋補(bǔ)償裝置的控制算法前饋補(bǔ)償裝置的控制算法7.3 7.3 前饋控制規(guī)律的實(shí)施（系統(tǒng)設(shè)計(jì)）前饋控制規(guī)律的實(shí)施（系統(tǒng)設(shè)計(jì)） 本節(jié)的主要內(nèi)容本節(jié)的主要內(nèi)容: :第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 581）擾動(dòng)必須）擾動(dòng)必須可測(cè)可測(cè)2）擾動(dòng)必須是）擾動(dòng)必須

41、是顯著頻繁顯著頻繁的的 擾動(dòng)擾動(dòng)可測(cè)可測(cè)：主要指擾動(dòng)可直接測(cè)量，也不：主要指擾動(dòng)可直接測(cè)量，也不 排斥間接測(cè)量，若擾動(dòng)不可測(cè)，排斥間接測(cè)量，若擾動(dòng)不可測(cè)， 則前饋無(wú)法實(shí)施；則前饋無(wú)法實(shí)施； 擾動(dòng)擾動(dòng)顯著顯著：不在乎擾動(dòng)本身的大小，而是指：不在乎擾動(dòng)本身的大小，而是指 擾動(dòng)對(duì)被控變量的數(shù)值有顯著的擾動(dòng)對(duì)被控變量的數(shù)值有顯著的 影響；影響； 擾動(dòng)擾動(dòng)頻繁頻繁：指擾動(dòng)出現(xiàn)的次數(shù)較多：指擾動(dòng)出現(xiàn)的次數(shù)較多7.3.1 7.3.1 前饋控制規(guī)律的前提條件前饋控制規(guī)律的前提條件第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 59前饋前饋補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償裝置的特性特性：由：由對(duì)象對(duì)象的干擾通道和控的干擾通道和控 制

42、通道的制通道的特性特性所決定。所決定。 由于工業(yè)對(duì)象的特性極為復(fù)雜，導(dǎo)致了前由于工業(yè)對(duì)象的特性極為復(fù)雜，導(dǎo)致了前饋補(bǔ)償裝置的形式頗多。饋補(bǔ)償裝置的形式頗多。 大多數(shù)化工、熱工對(duì)象，具有非周期與過(guò)大多數(shù)化工、熱工對(duì)象，具有非周期與過(guò)阻尼的特性，可用一階（或二階）加純滯后來(lái)阻尼的特性，可用一階（或二階）加純滯后來(lái)近似。近似。 從工業(yè)應(yīng)用的觀(guān)點(diǎn)看，特別是應(yīng)用常規(guī)儀從工業(yè)應(yīng)用的觀(guān)點(diǎn)看，特別是應(yīng)用常規(guī)儀表組成的控制系統(tǒng)，總是力求使控制儀表具有表組成的控制系統(tǒng)，總是力求使控制儀表具有一定的通用性，以利于設(shè)計(jì)運(yùn)行和維護(hù)。一定的通用性，以利于設(shè)計(jì)運(yùn)行和維護(hù)。7.3.2 7.3.2 前饋補(bǔ)償裝置的控制算法前饋補(bǔ)

43、償裝置的控制算法第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 60設(shè)設(shè)控制通道控制通道特性為：特性為：擾動(dòng)通道擾動(dòng)通道特性為：特性為：則前饋則前饋補(bǔ)償裝置補(bǔ)償裝置的傳函為：的傳函為：7.3.2 7.3.2 前饋補(bǔ)償裝置的控制算法前饋補(bǔ)償裝置的控制算法s11PC1e1sTK) s (Gs22PD2e1sTK) s (GsPCPDesGsG1sT1sTK)()()s (G21fff第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 61式中：式中：Kf = K2 / K1 ，當(dāng)當(dāng)1= 2時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)T1=T2時(shí)，時(shí)，由此得出，目前常用的前饋控制算法有由此得出，目前常用的前饋控制算法有三種類(lèi)型三種類(lèi)型: 7.

44、3.2 7.3.2 前饋補(bǔ)償裝置的控制算法前饋補(bǔ)償裝置的控制算法121sT1sTK) s (G21ffffffK) s (G1sT1sTK21fs-21fe1sT1sTKKf第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 62其中，其中， 在物理上實(shí)現(xiàn)困難，在物理上實(shí)現(xiàn)困難，故動(dòng)態(tài)前饋故動(dòng)態(tài)前饋通常通常用以下用以下類(lèi)型類(lèi)型： 式中：式中：Kf前饋增益前饋增益 T1S+1超前項(xiàng)超前項(xiàng) T2S+1滯后項(xiàng)滯后項(xiàng)7.3.2 7.3.2 前饋補(bǔ)償裝置的控制算法前饋補(bǔ)償裝置的控制算法s-21fe1sT1sTK1sT1sTK21f第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 637.4.1 比值控制概述比值控制概

45、述 P927.4.2 定比值控制系統(tǒng)定比值控制系統(tǒng) P937.4.3 變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng) P957.4.4 比值控制系統(tǒng)的實(shí)施比值控制系統(tǒng)的實(shí)施 P967.4.5 比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、投運(yùn)與整定比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、投運(yùn)與整定P987.4.6 比值控制系統(tǒng)中的若干問(wèn)題比值控制系統(tǒng)中的若干問(wèn)題 P997.4 7.4 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng) 本節(jié)的主要內(nèi)容本節(jié)的主要內(nèi)容: :第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 641）比值控制的）比值控制的目的目的： P92為了實(shí)現(xiàn)幾種物料混合成一定比例關(guān)系，為了實(shí)現(xiàn)幾種物料混合成一定比例關(guān)系，使生產(chǎn)能安全正常進(jìn)行。使生產(chǎn)能安全正常進(jìn)行。 在工業(yè)

46、生產(chǎn)過(guò)程中，往往需要幾種物料在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，往往需要幾種物料按一定的比例按一定的比例混合混合或參加化學(xué)或參加化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)。如果比例失調(diào)，就可能影響產(chǎn)品品質(zhì)，如果比例失調(diào)，就可能影響產(chǎn)品品質(zhì)，浪費(fèi)原料，消耗動(dòng)力，造成環(huán)境污染，嚴(yán)重浪費(fèi)原料，消耗動(dòng)力，造成環(huán)境污染，嚴(yán)重甚至可能發(fā)生事故。甚至可能發(fā)生事故。7.4.1 7.4.1 比值控制概述比值控制概述第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 65比值控制比值控制實(shí)例實(shí)例：鍋爐、加熱爐、冶金爐的鍋爐、加熱爐、冶金爐的燃燒燃燒過(guò)程：需要過(guò)程：需要自動(dòng)控制自動(dòng)控制燃料量和空氣量燃料量和空氣量成一定的比例，成一定的比例，以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性；以保證燃燒

47、的經(jīng)濟(jì)性；造紙生產(chǎn)造紙生產(chǎn)過(guò)程中，為保證過(guò)程中，為保證紙漿的濃度紙漿的濃度，必，必須自動(dòng)控制紙漿量和水量按一定的比例混須自動(dòng)控制紙漿量和水量按一定的比例混合；合；7.4.1 7.4.1 比值控制概述比值控制概述第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 66比值控制比值控制實(shí)例實(shí)例：化肥變換生產(chǎn)化肥變換生產(chǎn)過(guò)程中，要求變換爐的水煤過(guò)程中，要求變換爐的水煤氣和蒸汽量之比為氣和蒸汽量之比為1: 1.11.4化工生產(chǎn)化工生產(chǎn)過(guò)程：聚乙烯醇生產(chǎn)過(guò)程：聚乙烯醇生產(chǎn)樹(shù)脂和氫氧化鈉必須按一定比例混合，否樹(shù)脂和氫氧化鈉必須按一定比例混合，否則樹(shù)脂將發(fā)生自聚而影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。則樹(shù)脂將發(fā)生自聚而影響生產(chǎn)的正常

48、進(jìn)行。7.4.1 7.4.1 比值控制概述比值控制概述第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 672）比值控制系統(tǒng)的）比值控制系統(tǒng)的概念概念 P92實(shí)現(xiàn)使兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定實(shí)現(xiàn)使兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比列關(guān)系的控制系統(tǒng)稱(chēng)為比列關(guān)系的控制系統(tǒng)稱(chēng)為比值控制比值控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。 通常以保持兩種或兩種以上物料流量通常以保持兩種或兩種以上物料流量為一定比例關(guān)系的系統(tǒng)，稱(chēng)為為一定比例關(guān)系的系統(tǒng)，稱(chēng)為流量比值控流量比值控制制系統(tǒng)。系統(tǒng)。7.4.1 7.4.1 比值控制概述比值控制概述第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 682）比值控制系統(tǒng)的概念）比值控制系統(tǒng)的概念 P92主動(dòng)量主動(dòng)量

49、：在需要保持比值關(guān)系的兩種物料：在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，必有一種物料處于主導(dǎo)地位，這種物中，必有一種物料處于主導(dǎo)地位，這種物料稱(chēng)為料稱(chēng)為主物料主物料。 表征這種物料的參數(shù)稱(chēng)為主動(dòng)量，或表征這種物料的參數(shù)稱(chēng)為主動(dòng)量，或稱(chēng)之為稱(chēng)之為主流量主流量，用，用Q1表示。表示。7.4.1 7.4.1 比值控制概述比值控制概述第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 692）比值控制系統(tǒng)的概念）比值控制系統(tǒng)的概念 P92從動(dòng)量從動(dòng)量：另一種物料按主物料進(jìn)行配比，：另一種物料按主物料進(jìn)行配比， 也即在控制過(guò)程中隨主物料而變也即在控制過(guò)程中隨主物料而變 化，因此稱(chēng)為化，因此稱(chēng)為從物料從物料。 表征這種物

50、料的參數(shù)稱(chēng)為從動(dòng)量，或表征這種物料的參數(shù)稱(chēng)為從動(dòng)量，或稱(chēng)之為稱(chēng)之為副流量副流量，用，用Q2來(lái)表示。來(lái)表示。 K= Q2/ Q1 K： 副流量與主流量的副流量與主流量的流量比流量比7.4.1 7.4.1 比值控制概述比值控制概述第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 703）比值控制系統(tǒng)的）比值控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)：例例1：NaOH溶液的配置溶液的配置 P93圖圖7.3-1 某廠(chǎng)生產(chǎn)中需連續(xù)使用某廠(chǎng)生產(chǎn)中需連續(xù)使用6%-8%的的NaOH溶液，工藝上采用溶液，工藝上采用30%NaOH溶液加水溶液加水稀釋稀釋配置。配置。 一般說(shuō)，由電化廠(chǎng)提供的一般說(shuō)，由電化廠(chǎng)提供的30%溶液溶液NaOH濃度比較穩(wěn)

51、定，引起混合器出口溶液濃度比較穩(wěn)定，引起混合器出口溶液濃度變化的主要原因是入口處的堿和水流量濃度變化的主要原因是入口處的堿和水流量變化。變化。7.4.1 7.4.1 比值控制概述比值控制概述第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 717.4.1 7.4.1 比值控制概述比值控制概述第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 723）比值控制系統(tǒng)的）比值控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)：例例1：NaOH溶液的配置溶液的配置 方案方案1：濃度：濃度單回路控制單回路控制 按按反饋原理反饋原理，為了保證出口濃度，可設(shè)，為了保證出口濃度，可設(shè)計(jì)以出口處的濃度為被控變量，入口處的水計(jì)以出口處的濃度為被控變量，入口處

52、的水（或堿）流量為操縱變量的（或堿）流量為操縱變量的單回路單回路控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)。 但是，由于但是，由于濃度信號(hào)的獲取較為困難濃度信號(hào)的獲取較為困難，即使可以獲得并組成控制系統(tǒng)，往往因測(cè)量即使可以獲得并組成控制系統(tǒng)，往往因測(cè)量和對(duì)象控制通道和對(duì)象控制通道滯后較大滯后較大，影響控制質(zhì)量。，影響控制質(zhì)量。7.4.1 7.4.1 比值控制概述比值控制概述第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 733）比值控制系統(tǒng)的）比值控制系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)：方案方案2：比值控制：比值控制 根據(jù)根據(jù)前饋控制的不變性原理前饋控制的不變性原理，若某一輸，若某一輸入物料流量變化時(shí)，另一物料也能于比例跟入物料流量變化時(shí)，

53、另一物料也能于比例跟隨變化，則可以達(dá)到對(duì)出口濃度的隨變化，則可以達(dá)到對(duì)出口濃度的完全補(bǔ)償完全補(bǔ)償。 對(duì)于上述混合問(wèn)題，通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)計(jì)對(duì)于上述混合問(wèn)題，通過(guò)簡(jiǎn)單的化學(xué)計(jì)算可知，只要入口算可知，只要入口30%NaOH和和HO的質(zhì)量的質(zhì)量流量之比為流量之比為1：41：2.75，就可滿(mǎn)足出口，就可滿(mǎn)足出口NaOH溶液濃度達(dá)到溶液濃度達(dá)到6%8%。對(duì)于這樣一個(gè)。對(duì)于這樣一個(gè)濃度控制濃度控制問(wèn)題，也就成為問(wèn)題，也就成為流量比值流量比值問(wèn)題。問(wèn)題。7.4.1 7.4.1 比值控制概述比值控制概述第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 74例例2：廢水處理廢水處理：酸堿中和：酸堿中和 生產(chǎn)上這種類(lèi)似的控

54、制問(wèn)題很多，都可以生產(chǎn)上這種類(lèi)似的控制問(wèn)題很多，都可以 通過(guò)通過(guò)保持物料的流量比保持物料的流量比來(lái)保證最終品質(zhì)。來(lái)保證最終品質(zhì)。 保持流量比只是一種保持流量比只是一種手段手段，保持最終質(zhì)量，保持最終質(zhì)量才是控制才是控制目的目的。 因此，比值控制因此，比值控制實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)上是上是前饋控制前饋控制的一種的一種特例。特例。7.4.1 7.4.1 比值控制概述比值控制概述第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 754）分類(lèi)分類(lèi) 開(kāi)環(huán)開(kāi)環(huán)比值控制比值控制 定比值定比值控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 單閉環(huán)單閉環(huán)比值控制比值控制 雙閉環(huán)雙閉環(huán)比值控制比值控制 變比值變比值控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 7.4.1 7.4.1 比值控

55、制概述比值控制概述第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 76定比值控制定比值控制系統(tǒng)的概念：系統(tǒng)的概念：比值參數(shù)計(jì)算設(shè)置后不再變動(dòng)，即比值參數(shù)計(jì)算設(shè)置后不再變動(dòng)，即比值比值是是固定不變固定不變的的。1）開(kāi)環(huán)開(kāi)環(huán)比值控制：比值控制：例：例： NaOH溶液配制的比值控制系統(tǒng)溶液配制的比值控制系統(tǒng) 示意圖：示意圖：P93圖圖7.3-1 原理原理（流程）圖：（流程）圖：P93圖圖7.3-2（a） 方塊方塊圖：圖：P93圖圖7.3-2（b） （注：改錯(cuò)）（注：改錯(cuò)）7.4.2 7.4.2 定比值控制系統(tǒng)定比值控制系統(tǒng) 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 777.4.2 7.4.2 定比值控

56、制系統(tǒng)（開(kāi)環(huán)比值）定比值控制系統(tǒng)（開(kāi)環(huán)比值） 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 787.4.2 7.4.2 定比值控制系統(tǒng)（開(kāi)環(huán)比值）定比值控制系統(tǒng)（開(kāi)環(huán)比值） 1）開(kāi)環(huán)開(kāi)環(huán)比值控制（比值控制（特點(diǎn)特點(diǎn)）：）： 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：對(duì)副流量：對(duì)副流量Q2無(wú)反饋校正，對(duì)于副無(wú)反饋校正，對(duì)于副 流量本身無(wú)抗擾動(dòng)能力流量本身無(wú)抗擾動(dòng)能力 應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合：副流量較平穩(wěn)，而且流量比：副流量較平穩(wěn)，而且流量比 值要求不高的場(chǎng)合（值要求不高的場(chǎng)合（很少采用很少采用）第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 792）單閉環(huán)單閉環(huán)比值控制：比值控制： 副流量對(duì)象引入一個(gè)閉合回路

57、，副流量對(duì)象引入一個(gè)閉合回路，主流主流量量處于處于開(kāi)環(huán)開(kāi)環(huán)狀態(tài)，狀態(tài)，副流量副流量構(gòu)成構(gòu)成閉合閉合回路，回路，稱(chēng)為單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。稱(chēng)為單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)。 原理圖：原理圖：P94圖圖7.3-3（a） 方塊圖：方塊圖：P94圖圖7.3-3（b）7.4.2 7.4.2 定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)）定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)） 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 807.4.2 7.4.2 定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)）定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)） 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 817.4.2 7.4.2 定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)）定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)）第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值

58、控制 822）單閉環(huán)單閉環(huán)比值控制比值控制 P94 工作原理：工作原理： 主流量主流量Q1變化變化 Q2跟隨跟隨 Q1而變化而變化 比值比值K恒定（恒定（K= Q2/ Q1） 副副流量流量Q2變化變化 自身閉合回路自身閉合回路 進(jìn)行調(diào)整進(jìn)行調(diào)整 維持維持 Q2恒定恒定 7.4.2 7.4.2 定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)）定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)） 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 832）單閉環(huán)比值單閉環(huán)比值控制控制 P94 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，并能實(shí)現(xiàn)兩：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，并能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)流量之間較精確的比值關(guān)系，得個(gè)流量之間較精確的比值關(guān)系，得到了廣泛應(yīng)用；到了廣泛應(yīng)用； 缺點(diǎn)

59、缺點(diǎn)：系統(tǒng)的總流量不固定，不能消除流：系統(tǒng)的總流量不固定，不能消除流量的自發(fā)擾動(dòng)，對(duì)要求嚴(yán)格的工藝量的自發(fā)擾動(dòng)，對(duì)要求嚴(yán)格的工藝過(guò)程是不允許的。過(guò)程是不允許的。7.4.2 7.4.2 定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)）定比值控制系統(tǒng)（單閉環(huán)） 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 843）雙閉環(huán)比值雙閉環(huán)比值控制控制 P94方案的方案的目的目的：既能實(shí)現(xiàn)兩流量的比值恒定，：既能實(shí)現(xiàn)兩流量的比值恒定，又能使進(jìn)入系統(tǒng)的總負(fù)荷平穩(wěn)。又能使進(jìn)入系統(tǒng)的總負(fù)荷平穩(wěn)。實(shí)例實(shí)例：石腦油與水蒸氣的比值控制系統(tǒng)：石腦油與水蒸氣的比值控制系統(tǒng)（以石腦油生產(chǎn)為原料的（以石腦油生產(chǎn)為原料的合成氨合成氨生產(chǎn)過(guò)程）生產(chǎn)過(guò)程）

60、要求要求： 兩者兩者比值恒定比值恒定 各自各自流量平穩(wěn)流量平穩(wěn)7.4.2 7.4.2 定比值控制系統(tǒng)（雙閉環(huán)）定比值控制系統(tǒng)（雙閉環(huán)） 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 853）雙閉環(huán)比值雙閉環(huán)比值控制控制 P94實(shí)例實(shí)例：石腦油與水蒸氣的比值控制系統(tǒng)：石腦油與水蒸氣的比值控制系統(tǒng) 方方 案案：雙閉環(huán)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng) 原理圖原理圖： P94 圖圖7.3- 4（a） 方塊圖方塊圖： P94 圖圖7.3- 4（b）7.4.2 7.4.2 定比值控制系統(tǒng)（雙閉環(huán)）定比值控制系統(tǒng)（雙閉環(huán)） 第七章第七章 前饋及比值控制前饋及比值控制 867.4.2 7.4.2 定比值控制系統(tǒng)（