前饋-反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點

1、第5章 復雜控制系統(tǒng) 5.1 串級控制系統(tǒng)5.2 前饋-反饋復合控制系統(tǒng) 5.3 大遲延控制系統(tǒng) 5.4 比值控制系統(tǒng) 5.5 解耦控制系統(tǒng) 1電廠鍋爐過熱汽溫控制系統(tǒng)分析被控量：主汽溫1控制手段：減溫器的噴水 主汽溫對象特點：滯后和慣性較大 采用單回路控制品質(zhì)不好導前信號125.1 串級控制系統(tǒng)一.串級控制系統(tǒng)的組成原理2副回路（內(nèi)回路）：粗調(diào)主回路（外回路）：細調(diào)主參數(shù)（主變量）： 1副參數(shù)（副變量）： 2給定值內(nèi)擾副變量PI1PI2執(zhí)行器閥門減溫器過熱器變送器變送器主變量主調(diào)副調(diào)副對象主對象 3二.串級控制系統(tǒng)的分析副回路化簡為等效副對象（一）副回路對控制品質(zhì)的影響1. 減小了時間常數(shù)

2、Gc1Gc2Gm2GfG02G01Gm1Gc1G02G01Gm142.提高了系統(tǒng)的工作頻率串級控制系統(tǒng)簡化圖單回路控制系統(tǒng)Gc1G02G01Gm1Gc1GfG02G01Gm15（二）副回路的抗干擾能力Gc1Gc2Gm2GfG02G01Gm1Gc1Gc2Gm2GfG02G01Gm11/Gc2G0261.主回路是定值控制系統(tǒng)，副回路是隨動控制系統(tǒng)，其給定值隨主控制器的輸出而變化的。 2. 副對象的等效放大倍數(shù)基本不變。（三）副回路對負荷變化的適應性 7串級與單回路的比較8串級控制系統(tǒng)的特點：(1)由于副回路的存在，改善了對象的動態(tài)特性。減小了對象的時間常數(shù)，提高了系統(tǒng)的工作頻率，快速性變好。(2)

3、對進入副回路的擾動具有很強的克服能力，對進入主回路的擾動也有一定克服能力。(3)對負荷或操作條件的變化具有一定的自適應能力。9三、串級控制系統(tǒng)的設計1. 主變量的選擇 與單回路系統(tǒng)被控量的選擇一樣2. 副變量的選擇(1)副回路應包括主要的和更多的擾動。 10(2)主、副回路對象的時間常數(shù)應匹配。(3)應注意工藝上的合理性和經(jīng)濟性。113. 主、副控制器控制規(guī)律的選擇（1）主變量是生產(chǎn)工藝的重要指標，副變量的引入是為提高主變量的控制精度。 主控制器宜選擇PI或PID。副控制器選P或 PI。（2）生產(chǎn)工藝對主變量的控制要求較高，對副變量的控制要求也不低。主控和副控均選PI，但若主控輸出變化太劇烈，

4、副變量也難以穩(wěn)定工作。12四.串級控制系統(tǒng)的整定R1Y2Gc1Gc2G01Gm1G02Gm2Y1整定方法:逐次逼近法,兩步整定法,補償法131. 逐次逼近法（1） 斷開主環(huán)，按單回路方法整定副回路，得到副控的參數(shù)，記作Gc2(s)1 。（2）閉合主環(huán)，整定主回路，得到主控的參數(shù)，記作Gc1(s)1 。（3）主環(huán)、閉環(huán)均閉合，再整定副回路，得到Gc2(s)2。（4）重新整定主回路，得到Gc1(s)2 。 如果不滿意，重復步驟（3）、（4），直到滿意為止。142. 兩步整定法(1)先將主調(diào)=100，按單回路衰減曲線法整定副回路，減小副，直到副變量呈4：1衰減振蕩（=75%）為止，記下此時s2和Ts

5、2 。(2)在副調(diào)為s2條件下，減小主，直到主變量呈4：1衰減振蕩為止，記下此時s1和Ts1 。(3)根據(jù)s1、Ts1 、 s2和Ts2 ，按經(jīng)驗公式，得到主調(diào)和副調(diào)參數(shù)值。153. 一步整定法（1）由表5.2選一個合適的副調(diào)放大系數(shù)（P作用）。 （2）將系統(tǒng)投入串級控制，按單回路方法整定主調(diào)的參數(shù)。觀察控制過程，根據(jù)K值匹配原理，適當?shù)卣{(diào)整參數(shù)，直到主變量的控制品質(zhì)最佳。 （3）如果在整定過程中出現(xiàn)“共振”，只需加大主、副控制器中任一比例帶值就可以消除。165.2 前饋-反饋復合控制系統(tǒng)換熱器的前饋控制分析被調(diào)量：1調(diào)節(jié)量：q主要擾動：D17一.前饋控制的概念前饋控制是按擾動量的變化進行控制

6、的。 推導前饋控制器的傳函 GcfGuG18二.前饋-反饋控制分析完全補償條件GcfGuGH(s)Gc19前饋-反饋控制系統(tǒng)的優(yōu)點： （1）可以對系統(tǒng)中的主要干擾進行前饋補償。 （2）前饋可近似補償，降低了前饋控制器精度的要求。（3）既可實現(xiàn)高精度控制，又能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。 20三、采用前饋控制的原則（1）系統(tǒng)中的擾動量是可測不可控的。（2）系統(tǒng)中的擾動量的變化幅值大、頻率高。（3）在系統(tǒng)中存在著對被控量影響顯著的擾動。（4）控制通道的遲延時間較大或擾動通道的時間常數(shù)較小。21前饋-反饋控制實例汽包鍋爐水位控制示意圖過熱器W給水蒸汽DH省煤器汽包被控量控制量前饋信號225.3 大遲延控制系統(tǒng)

7、一、常規(guī)控制方案 微分先行控制方案：微分作用串聯(lián)在反饋回路上 23二.預估補償控制方案Smith預估補償方案主體思想：消去特征方程中的es項 2425例5-2 遲延控制系統(tǒng)三種方法仿真26三、大林(Dahlin)算法 設計思想是：設計一個合適的控制器Gc(z)，使系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)具有帶純遲延的一階慣性環(huán)節(jié)，并要求純延遲時間等于被控對象的純遲延時間。 275.4 比值控制系統(tǒng)一、比值控制系統(tǒng)的類型（一）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 主流量Q1副流量Q228特點：結(jié)構(gòu)簡單，實施方便，能保證主、副流量的比值，但主流量不受控制。主檢測變送器副檢測變送器比值器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副對象主流量Q1副流量Q229試推導靜態(tài)

8、時Q1和Q2關系30（二）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主檢測變送器副檢測變送器比值器主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副對象Q1Q2副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥主對象31試推導靜態(tài)時Q1和Q2關系32（三）變比值控制系統(tǒng)主檢測變送器檢測變送器比值調(diào)節(jié)器主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副對象Q1Q2除法器主對象檢測變送器3334二、比值控制系統(tǒng)的設計（一）主、副物料流量的確定 (1)一般選生產(chǎn)過程中起主導作用的物料流量為主流量。 (2) 不可控的或者工藝上不允許控制的物料流量一般選為主流量，而可控的物料流量選為副流量。 (3)較昂貴的物料流量可選為主流量。 (4) 按生產(chǎn)工藝的特殊要求確定主、副物料流量。35（二）控制方案的選擇（1）僅要求兩物料流量之比值

9、一定，負荷變化不大，主流量不可控制，則可選單閉環(huán)比值控制方案。（2）在生產(chǎn)過程中，主、副流量擾動頻繁，負荷變化較大，同時要保證主、副物料流量恒定，則可選用雙閉環(huán)比值控制方案。 （3）當生產(chǎn)要求兩種物料流量的比值能靈活地隨第三個參數(shù)的需要進行調(diào)節(jié)時，可選用變比值控制方案。36（三）調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的確定（1）單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，比值器選P，控制器選PI。（2）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，兩個調(diào)節(jié)器均應選PI。（3）串級（變）比值控制系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器選PI或PID控制規(guī)律，副調(diào)節(jié)器選用P(或PI)控制規(guī)律。37三、比值控制系統(tǒng)整定 (1)變比值控制系統(tǒng)，可按串級控制系統(tǒng)進行。 (2)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的整定： 1）根據(jù)工藝要求的流量比值K，進行投運。 2）將積分時間置于最大值，由大到小逐步改變比例帶，直到在階躍干擾下過渡過程處于振蕩與不振蕩的臨界過程為止。 3）若有積分作用，則適當放寬比例帶，減小積分時間，直到出現(xiàn)臨界過程或稍有點過調(diào)。 (3)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，副回路按單回路整定，主流量回路的過渡過程一般應整定成非周期過程。 385.5 解耦控制系統(tǒng)一.耦合程度的分析方法Gc1Gc2G11G21G12G22R1R2C1C2U1U239雙入雙出對象的靜態(tài)特性圖K11K21K12K22C1C2U1U240帶前饋補償器的雙變量全解耦系統(tǒng)Gc1Gc2G1