前馈控制(4页).doc

-前馈控制-第 4 页反馈控制时按被控变量的偏差进行控制，所以只有出现偏差之后才能够对操作变量进行调节，如果扰动已经产生，但被控变量还没有变化，是不会去调节的。所以，这种调节作用总是落后于扰动。5 k! x. 9 o. |8 Y: z0 q前馈是按照干扰作用的大小来进行控制的，当扰动一出现，就能根据扰动的测量信号产生调节作用，及时补偿扰动造成的被控对象的波动。2 W$ e2 e9 o4 l8 v0 h2 i; |, i. k3 K- a, c对于滞后较大的对象，或者扰动幅度大而频繁时，采用反馈可能不满足要求，需要用前馈5 |+ s/ c" l. E7 F) I前馈还要求扰动是可测量的反馈控制的例子比比皆是,工艺中调节wiki阀门/wiki开度来控制介质的温度流量或物位等一般运用的就是反馈控制.一般是该控制工艺参数与设定值或计算值有偏差,就可以运用反馈控制来将偏差缩小,以期达到将偏差控制在尽量小的范围.前馈控制的例子就相对要少一些,一般用在的场合皆是大纯滞后的工艺环节,而又需要比较精确控制的场合,它一般要求其调节有一些提前或称为超量环节.比如余热锅炉的主蒸汽温度控制,一般就采用前馈;又比如一些wiki压力容器/wiki的水位控制.还有一些场合也运用前馈控制,比如影响该工艺参数的因素有二个或二个以上,但对控制精度又不高时也采用该类控制.前馈控制与反馈控制的区别在于干扰量,这个干扰量就是前馈量,因为它的存在使系统得以超前控制.前馈控制系统及其特点3 |$ m) t7 a) I5 t6 O% Q$ Q- y% v) P9 Q0 w在大多数控制系统中，控制器是按照被控变量相对于给定值的偏差而进行工作的。控制作用影响被控变量，而被控变量的变化又返回来影响控制器的输入，使控制作用发生变化。这些控制系统都属于反馈控制。不论什么干扰，只要引起被控变量变化，都可以进行控制。这是反馈控制的优点。, A: 9 , m6 X% I4 v3 F$ k! F& y: S; w前馈控制的特点：( r-   x! I% P' D5 _3 S: E# F; . h* T) D" R2 W1 V+ b1、前馈控制是基于不变性原理工作的，比反馈控制及时、有效；7 j; r" - E. o4 h+ E: 8 r" L4 L: S# f7 O* u8 * m反馈控制与前馈控制的检测信号与控制信号有如下不同的特点。# b6 c6 A6 J; |) 9 S: U% F5 * j5 T# & J/ 7 |反馈控制的依据是被控变量与给定值的偏差，检测的信号是被控变量，控制作用发生时间是在偏差出现以后。8 E! l" c# N$ N0 s) Z4 k3 _4 S4 % w" + R% W前馈控制的依据是干扰的变化，检测的信号是干扰量的大小，控制作用的发生时间是在干扰作用的瞬间而不需等到偏差出现以后。+ M! 7 y. l; y5 w' P/ Q: O3 T1 5 u( N$ v9 O# 4 / 2、前馈控制是属于“开环”控制系统/ G! e5 U) Y% q' J) q% e5 C2 s$ Y1 Y, R9 Q" O/ F+ P反馈控制系统是一个闭环控制系统，而前馈控制系统是一个“开环”控制系统，这也是它们的基本区别。, h2 J* 9 l6 v' " $ M& O& _$ y: e; v+ T% A前馈控制系统是一个开环系统，这一点从某种意义上来说是前馈控制的不足之处。反馈控制由于是闭环系统，控制结果能够通过反馈获得检验，而前馈控制其控制效果并不通过反馈来加以检验。因此、要想综合一个合适的的馈控制作用，必须对被控对象的特性作深入的研究和彻底的了解。: d8 7 ; c1 C' i6 B7 J! m: S/ 3、前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器2 % $ d2 P8 l1 v* o. Q* P+ X1 i3 o& O0 z/ o7 P: q) m5 A2 , G般的反馈控制系统均采用通用类型的PID控制器，而前馈控制要采用专用前馈控制器(或前馈补偿装量)。对于不同的对象特性，前馈控制器的控制规律将是不同的。为了使干扰得到完全克服，干扰通过对象的干扰通道对被控变量的影响，应该与控制作用(也与干扰有关)通过控制通道对被控变量的影响大小相等，方向相反。所以、前馈控制器的控制规律取决于干扰通道的特性与控制通道的特性。对于不同的对象特性，就应该设计具有不同控制规律的控制器。; ' Z6 _4 5 _3 L! N/ A/ W% - U" B# t9 a6 R) J4、一种前馈作用只能克服一种干扰1 m8 J* 3 F3 r* ?6 p& w% H) |, / t5 _由于前馈控制作用是按干扰进行工作的，而且整个系统是开环的。因此根据种干扰设置的前馈控制就只能克服这一干扰对被控变量的影响，而对于其他干扰，由于这个前馈控制器无法感受到，也就无能为力了。而反馈控制只用一个控制回路就可克服多个干扰，所以说这一点也是前溃控制系统的一个弱点。3 X/ R- D; 3 q  / m5 c. L+ T( Z7 d8 9 T; ( b) B* 二、前馈控制的主要形式9 d, K  y9 h2 C5 v: a3 l4 o8 a4 K: 1、单纯的前馈控制形式7 C# J$ ( a. 0 I  N4 H6 0 j6 r& # j+ H* - L根据对干扰补偿的特点，可分为静态前馈控制和动态前馈控制。# z7 d. |; : _  1） 静态前馈控制系统* W# j1 I' d1 o+ M, & o2 Q% f9 N% k$ w3 C5 c) 前馈控制器的输出信号是按干扰大小随时间变化的，它是干扰量和时间的函数。而当干扰通道和控制通道动态特性相同时，便可以不考虑时间函数，只按静态关系确定前馈控制作用。静态前馈是前馈控制中的一种特殊形式。- J: n5 & y% Y+ J# W0 q& F+ Y! A$ R2 k* （2）动态前馈控制系统# B$ k1 T9 r9 t8 * e5 Q6 o4 P! z5 s( o& i& s- X1 R" K静态前馈控制只能保证被控变量的静态偏差接近或等于零，并不能保证动态偏差达到这个要求。故必须考虑对象的动态特性，从而确定前馈控制器的规律，才能获得动态前馈补偿。/ _8 0 0 N. ; 7 W( R- 2 I1 p5 v2、前馈反馈控制& m( I8 b! z; ! Z3 4 z" v+ r7 M: K' p# y. ' % 将前馈控制和反馈控制结合起来，取长补短。- m5 v1 v1 w9 T- K; g8 q: O; Z! K' U. H7 L前馈反馈控制系统方块图：4 k3 v* G/ w& S- j/ Q. d4 k$ 7 k1 a; R) s# a; r: + o9 5 w4 y  ?/ g# 前馈反馈控制系统也有两个控制器，但在结构上与串级控制系统是完全不同的。串级控制系统是由内、外两个控制回路所组成；而前馈反馈控制系统是由一个反馈回路和另一个开环的补偿回路叠加而成。7 : l% i: i5 ' q, Y4 T9 q- ?( j# S: T4 B& m- 三、前馈控制的应用场合9 y' p, % D: s3 P' l* i: 0 T) E5 I" v5 U+ V* X: R4 E前馈控制主要的应用场合由下面几种。- 6 ( i/ p, A* K8 u4 Z7 A6 T, C5 m: O) T& K4 G1 （1）干扰幅值大而频繁，对被控变量影响剧烈，仅采用反馈控制达不到要求的对象。$ n8 _$ p, 3 B; W; ?* m& o% E0 G2 l& P（2）主要干扰是可测而不可控的变量。所谓可测，是指干扰是可以运用检测变送装置将其在线转化为标准的电或气的信号。但目前对某些变量，特别是某些成分量还无法实现上述转换。也就无法设计相应的前馈控制系统。所谓不可控、主要是指这些干扰难以通过设置单独的控制系统予以稳定，这类干扰在连续生产过程中是经常遇到的，其中也包括一些虽能控制但生产上不允许控制的变量，例负荷量等。  o) 4 |& $ t, D1 S, s, X* u9 N2 W2 q4 8 A5 Z+ s. S& E6 b（3）当对象的控制通道滞后大、反馈控制不及时，控制质量差，可采用前馈或前馈反馈控制系统，以提高控制质量。. B$ w+ (所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。在工程上常把在运行中使输出量和期望值保持一致的反馈控制系统称为自动调节系统，而把用来精确地跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。5 9 f3 M" ( " A& A% b6 : L' 7 j8 l: e0 Y( w4 W反馈控制系统包括：（一）负反馈（negative feedback）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相反，对控制部分的活动起制约或纠正作用的，称为负反馈1. 意义：维持稳态2. 缺点：滞后、波动（二）正反馈（positive feedback ）：凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相同，对控制部分的活动起增强作用的，称为正反馈意义：加速生理过程，使机体活动发挥最大效应。$ S1 D9 A) F+ o5 D; T9 p1 + U. 8 ( / P6 7 X- i0 j反馈控制系统由控制器、受控对象和反馈通路组成。在反馈控制系统中，不管出于什么原因（外部扰动或系统内部变化），只要被控制量偏离规定值，就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此，它具有抑制干扰的能力，对元件特性变化不敏感，并能改善系统的响应特性