第7章-常用高性能过程控制系统ppt课件.ppt

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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第第6 6章章 常用高性能过程控制系统常用高性能过程控制系统经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用学习内容学习内容串级控制系统串级控制系统系统组成原理系统组成原理系统的特点与分析系统的特点与分析串级系统设计和工程应用串级系统设计和工程应用前馈控制系统前馈控制系统前馈控制基本原理、结构和性能分析前馈控制基本原理、结构和性能分析前馈控制系统设计和工程应用中的问题前馈控制系统设计和

2、工程应用中的问题大时滞过程控制系统大时滞过程控制系统过程时滞特性过程时滞特性Smith预估补偿控制预估补偿控制其他时滞补偿控制系统其他时滞补偿控制系统经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用根据所担负的任务系统可根据所担负的任务系统可分为分为两大类两大类：1 1、提高系统性能指标的控制系统，如、提高系统性能指标的控制系统，如串级、前馈串级、前馈、双重等控制系统；、双重等控制系统；2 2、根据工程上某些特殊要求而开发的、根据工程上某些特殊要求而开发的控制系统，如控制系统，如均匀、比值、分程均匀、比值、分程、

3、选、选择性择性等控制系统。等控制系统。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.1 串级控制系统 适用场合适用场合：当对象的滞后较大，干扰比当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁，采用简单控制质量较差，较剧烈、频繁，采用简单控制质量较差，或要求被控变量的误差范围很小，简单或要求被控变量的误差范围很小，简单控制系统不能满足工艺要求。此时，可控制系统不能满足工艺要求。此时，可考虑采用串级控制系统。考虑采用串级控制系统。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额

4、为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 图图6-1 加热炉的温度控制系统加热炉的温度控制系统c-出口温度出口温度Tmq-燃料油流量燃料油流量f-f3：被加热原料入口被加热原料入口温度、流量的波动，温度、流量的波动，f2：燃料油热值、流燃料油热值、流量、压力的波动，量、压力的波动，f1：炉膛抽风量的波动炉膛抽风量的波动等。等。6.1.1 系统组成原理系统组成原理例1：方案一方案一方案一方案一原料出口温度原料出口温度Tm原料原料TmCTmT燃料燃料管式加热炉管式加热炉燃料压力或燃料的热值变化燃料压力或燃料的热值变化 影响炉膛温度影响炉膛温度Ts 热传导给原料热传导给原料 影响出口温度影响出口温度T

5、m15min3min控制通道过程分析：控制通道过程分析：能克服所有的干扰。能克服所有的干扰。主要问题主要问题：滞后太大，控制：滞后太大，控制不及时，误差长时间不能克不及时，误差长时间不能克服，导致误差太大，不符合服，导致误差太大，不符合工艺要求。工艺要求。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用方案二：方案二：图图6-16-1 加热炉炉膛温度简单控制系统加热炉炉膛温度简单控制系统c-炉膛温度炉膛温度Tsq-燃料油流量燃料油流量f-f3：被加热原料入口温度、被加热原料入口温度、流量的波动，流量的波动，f2：

6、燃料油燃料油热值、流量、压力的波动，热值、流量、压力的波动，f1：炉膛抽风量的波动等。炉膛抽风量的波动等。控制通道过程分析：控制通道过程分析：能克服大部分（能克服大部分（f2、f1）的扰动，控制相对及时。）的扰动，控制相对及时。主要问题主要问题：炉膛温度不能真：炉膛温度不能真正代表出口温度，且正代表出口温度，且f3不不能克服，不符合工艺要求。能克服，不符合工艺要求。燃料压力或燃料的热值变化燃料压力或燃料的热值变化 影响炉膛温度影响炉膛温度Ts3min对对Tm系统相当开环。系统相当开环。原料出口温度原料出口温度Tm原料原料TsCTsT燃料燃料管式加热炉管式加热炉Ts经营者提供商品或者服务有欺诈行

7、为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用方案三：方案三：将上两方案结合取长补短。将上两方案结合取长补短。图图6-2 加热炉出口温度串级控制系统加热炉出口温度串级控制系统c1-出口温度出口温度Tmc2-炉膛温度炉膛温度Tsq-燃料油流量燃料油流量f-f3：被加热原料入口温被加热原料入口温度、流量的波动，度、流量的波动，f2：燃料油热值、流量、压燃料油热值、流量、压力的波动，力的波动，f1：炉膛抽炉膛抽风量的波动等。风量的波动等。控制通道过程分析：控制通道过程分析：能克服所有的扰动，能克服所有的扰动，控制及时。控制及时。粗调粗调细调细调原

8、料出口温度原料出口温度Tm原料原料TmCTmT燃料燃料管式加热炉管式加热炉TsCTsT炉膛温度变化炉膛温度变化TsT、TsC回路先改变燃料量回路先改变燃料量TmT、TmC回路再改回路再改变燃料量变燃料量出料温度变化出料温度变化燃料压力变化燃料压力变化3min经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用串级控制系统的思想：串级控制系统的思想：把时间常数较大的被把时间常数较大的被控对象分解为两个时间常数较小的被控对象。控对象分解为两个时间常数较小的被控对象。q=F燃燃=Tm图图6-3 6-3 加热炉控制过程分解加

9、热炉控制过程分解经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用加热炉出口温度加热炉出口温度加热炉出口温度加热炉出口温度串级控制系统串级控制系统串级控制系统串级控制系统图图6-4 加热炉串级控制系统方块图加热炉串级控制系统方块图原料出口温度原料出口温度Tm原料原料TmCTmT燃料燃料管式加热炉管式加热炉TsCTsT经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用控制过程分析控制过程分析(1)扰动作用于副环：扰动作用于副环：f2=P燃

10、ys=Tszses=(rs-zs)uq=F燃ys=Ts系统趋于稳定系统趋于稳定f1=F风ys=Tszses=(rs-zs)uq=F燃ys=Ts系统趋于稳定系统趋于稳定一方面：一方面：另一方面：另一方面：TM小结：小结：由于副环的作用使控制作用变得更快、更强由于副环的作用使控制作用变得更快、更强。反经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(2)扰动作用于主对象：扰动作用于主对象：只考虑图中的只考虑图中的 f3（原料入口温度、流量的波动原料入口温度、流量的波动）f1=T冷料yM=TMzMeM=(rM-zM)u

11、M=rses=(rs-zs)uq=F燃ys=TsTM系统趋于稳系统趋于稳定定小结：小结：扰动作用于主对象时，串级控制也能有效扰动作用于主对象时，串级控制也能有效 的克服扰动的克服扰动。反反经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用例例2图65 氨氧化过程的串级控制系统经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用串级控制系统基本结构串级控制系统基本结构6经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的

12、损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用串级系统特点：串级系统特点：对进入副回路的干扰有很强的克服能力；对进入副回路的干扰有很强的克服能力；改善了被控过程的动态特性，提高系统的工作频率；改善了被控过程的动态特性，提高系统的工作频率；对进入主回路的干扰控制效果也有改善；对进入主回路的干扰控制效果也有改善；对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力。对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力。控制效果比较控制效果比较串级控制串级控制单回路控制单回路控制tc6.

13、1.2 串级控制系统的特点与分析串级控制系统的特点与分析经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 性能分析性能分析改善了过程的动态特性改善了过程的动态特性 图图6-7 6-7 等效框图等效框图G2(s)G2(s)经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 副回路可看作是一种新的动态环节，副回路可看作是一种新的动态环节，是等是等效副对象。效副对象。假定副回路各环节传递函数分别为：假定副回路各环节传递函数分别为：Gc2(s

14、)=Kc2,Gv(s)=Kv,Gp2(s)=Kp2/(1+Tp2s),Gm2(s)=Km2 可得：可得：经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用式中式中因为在任何条件下，因为在任何条件下，1 1K Kc2c2K Kv vK Kp2p2K Km2m211，因此可得：因此可得：当当K Kc2c2，可通过增加，可通过增加Gc1的增益补偿的增益补偿，相当在系统中增加一个微分环节，相当在系统中增加一个微分环节，使系统反映速度加快，控制更及时。使系统反映速度加快，控制更及时。一般：一般：Tm和和TvTp21,则若若G

15、2(s)=Gx,y(s)，串级系统的副回路前向通道（如串级系统的副回路前向通道（如执行器、执行器、副对象副对象）特性变化对其控制品质影响不大，具有较好的）特性变化对其控制品质影响不大，具有较好的鲁鲁棒性棒性。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用注注 意意1.主回路对副对象及执行器的特性变化具有鲁棒性，主回路对副对象及执行器的特性变化具有鲁棒性，但副回路本身却并没有这种特性；

16、但副回路本身却并没有这种特性；2.主回路对副回路反馈通道特性的变化没有鲁棒性。主回路对副回路反馈通道特性的变化没有鲁棒性。3.主对象的非线性不能用选择执行器的特性来补偿。主对象的非线性不能用选择执行器的特性来补偿。结结 论论 串级控制系统，副环的增加使得整个系统克服扰动串级控制系统，副环的增加使得整个系统克服扰动的能力更强、作用更及时，控制性能明显提高的能力更强、作用更及时，控制性能明显提高。副环（副回路）起快速副环（副回路）起快速“粗调粗调”作用；主环（主回作用；主环（主回路）起进一步路）起进一步“细调细调”作用。作用。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的

17、损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.1.3 6.1.3 串级系统设计和工程应用串级系统设计和工程应用 1.1.系统设计系统设计经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用副被控变量的选择原则：副被控变量的选择原则：必须保证它是操纵变量到主被控变量通道中的一个适当中必须保证它是操纵变量到主被控变量通道中的一个适当中间变量。间变量。串级控制系统设计的关键串级控制系统设计的关键使主要扰动作用于副对象上使主要扰动作用于副对象上使副对象包含适当多的扰动使副对象包含适当多的扰动主、副对象的时间常

18、数不能太接近主、副对象的时间常数不能太接近通常使通常使T TS S明显明显 T TM M原因：原因：一方面如果一方面如果T TS S与与T TM M相差很小，失去设值副环的意义；相差很小，失去设值副环的意义；另一方面如果基本相等，系统可能出现另一方面如果基本相等，系统可能出现“共振共振”，降，降 低控制质量甚至会出现不稳定。低控制质量甚至会出现不稳定。(1)(1)主、副被控变量的选择主、副被控变量的选择主被控变量的选择原则：主被控变量的选择原则：与简单控制系统相同与简单控制系统相同经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款

19、或接受服务的费用(2)(2)控制规律的选择控制规律的选择主控制器控制规律：主控制器控制规律：原则：与简单控制类似原则：与简单控制类似从工艺上来说，采用串级控制系统的从工艺上来说，采用串级控制系统的主被控变量主被控变量是主要参数，不允许有余差是主要参数，不允许有余差。PI/PID(PI/PID(滞后较滞后较大时大时)副控制器控制规律：副控制器控制规律：依据：依据：副环是随动控制系统，副被控变量的控制副环是随动控制系统，副被控变量的控制可以有余差。为了使副环尽可能的发挥其作用，可以有余差。为了使副环尽可能的发挥其作用，一般选择一般选择P P控制，而且比例度选的较小。控制，而且比例度选的较小。当流量

20、为副被控变量时，当流量为副被控变量时，可采用可采用PIPI控制控制经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用依据：依据：使系统为使系统为负反馈系统负反馈系统（这是控制系统稳（这是控制系统稳定的前提条件）定的前提条件）副控制器副控制器正、反作用的选择与简单系统类似。正、反作用的选择与简单系统类似。主控制器主控制器正、反作用的选择根据副被控变量对正、反作用的选择根据副被控变量对主被控变量的影响关系来确定（即由主被控主被控变量的影响关系来确定（即由主被控对象特性确定）对象特性确定）。主控制器正、反作用的选择与阀门

21、的气开、气主控制器正、反作用的选择与阀门的气开、气关形式无关。关形式无关。(3)(3)控制器作用方向的选择控制器作用方向的选择经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用图68 加热炉出口温度串级控制系统方案经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用串级控制系统工程应用场合应用于容量滞后较大的过程应用于纯时延较大的过程应用于扰动变化激烈而且幅度大的过程应用于参数互相关联的过程应用于非线性过程经营者提供商品或者服务有欺诈行为

22、的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.积分饱和问题积分饱和问题经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用复复 习习经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用注意：注意：串级系统的投运与所选仪表有关，DDZ-仪表投运步骤：先手动，后自动；先副先手动，后自动；先副回路回路，后主，后主回路回路。3 3串级控制系统的投运和整定串级控制系统的投运和整定（1 1）系统投

23、运：）系统投运：）系统投运：）系统投运：（2 2）系统参数整定：）系统参数整定：）系统参数整定：）系统参数整定：经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（1 1）一步整定法：一步整定法：只整定主控制器，副控制器只整定主控制器，副控制器的参数按经验值设定。的参数按经验值设定。步骤如下：步骤如下：在生产正常，系统为纯比例运行条件下，根据在生产正常，系统为纯比例运行条件下，根据经验（经验（P88P88表表2 21 1）将副控制器的比例度调到某一适当值。将副控制器的比例度调到某一适当值。利用简单控制系统的任一参数

24、整定方法整定主控制器的利用简单控制系统的任一参数整定方法整定主控制器的参数。参数。在主、副环均闭合的情况下适当调整主控制器的参数，在主、副环均闭合的情况下适当调整主控制器的参数，使主变量的品质指标达到规定的质量要求。使主变量的品质指标达到规定的质量要求。如果系统出现振荡，只要加大主、副控制器的任一参数如果系统出现振荡，只要加大主、副控制器的任一参数值，就可消除。如果值，就可消除。如果“共振共振”剧烈，可先转入手动，待生剧烈，可先转入手动，待生产稳定后，再在比产生产稳定后，再在比产生“共振共振”时略大的控制器参数下重时略大的控制器参数下重新投运和整定，直至达到满意时为止。新投运和整定，直至达到满

25、意时为止。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 （2 2）两步整定法）两步整定法 将整定分为两步进行，先副环后主环先副环后主环。先整定副环。先整定副环。在主、副环路闭合的情况下，将主控制器比例度放在l00，积分时间放最大，微分时间放最小。然后按4：1整定方法直接整定副环。找出副变量出现4：1振荡过程时的比例度2s及振荡周期T2s。再整定主环。再整定主环。将副控制器比例度放于2s值，积分时间放最大，微分时间放最小。用同样方法整定主控制器参数。找出主变量出现4：1衰减振荡过程时的比例度1s及振荡周期T1s

26、。依据所得到的依据所得到的1s1s、T1sT1s、2s2s、T2sT2s值，结合主、副控制器值，结合主、副控制器的选型，的选型，按前面单回路控制系统整定时所给出的公式可以计算出主、副控制器的参数为、Ti及TD。将上述计算所得控制器参数按先副环后主环、先比例次积分最后微分的顺序在主、副控制器上放好，观察控制过程曲线。如不够满意，可适当地进行一些微小的调整。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（3）逐步逼近法）逐步逼近法 首先断开主回路，闭合副回路，按单回路控制系统的整定方法整定副控制器的参数；闭合主、副

27、回路，保持上步取得的副控制器参数，按照单回路控制系统的整定方法，整定主控制器参数；在闭合主、副回路闭合，主控制器参数保持的情况下，再次调整副控制器的参数；至此已经完成一个循环，如果控制品质未达到规定指标，重新由第二步开始，直至获得满意的性能指标。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用补充作业补充作业1.1.对于图对于图1 1所示的加热器串级控制系统。要求：所示的加热器串级控制系统。要求：（1 1）画出该控制系统的方框图，并说明主变量、副变量分别是什么？主）画出该控制系统的方框图，并说明主变量、副变量分别

28、是什么？主控制器、副控制器分别是哪个？控制器、副控制器分别是哪个？（2 2）若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，试确定控制阀）若工艺要求加热器温度不能过高，否则易发生事故，试确定控制阀的气开气关型式；的气开气关型式；（3 3）确定主、副控制器的正反）确定主、副控制器的正反 作用；作用；（4 4）当蒸汽压力突然增加时，）当蒸汽压力突然增加时，简述该控制系统的控制过程；简述该控制系统的控制过程；（5 5）当冷物料流量突然加大时，）当冷物料流量突然加大时，简述该控制系统的控制过程；简述该控制系统的控制过程；（注：（注：要求用各要求用各变变量量间间的关系来的关系来阐阐述述）图图1经营者提供商

29、品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.2.图图2 2为加热炉物料出口温度两种串级控制系统方案。为加热炉物料出口温度两种串级控制系统方案。（1 1）要求利用所学的知识分析两种方案哪一个控制品质更）要求利用所学的知识分析两种方案哪一个控制品质更佳？情说明原因（已知加热炉内压力较稳定，而调节阀前压佳？情说明原因（已知加热炉内压力较稳定，而调节阀前压力波动频繁）。力波动频繁）。（2 2）画出）画出“更佳更佳”控制方案的系统方框图，并简述该系统控制方案的系统方框图，并简述该系统在调节阀阀前压力突然降低时的控制过程在调节阀

30、阀前压力突然降低时的控制过程（请用各变量间的（请用各变量间的关系来阐述）。关系来阐述）。图图2经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.2 前馈控制系统6.2.1 6.2.1 基本原理、结构和性能分析基本原理、结构和性能分析反馈控制（闭环控制）：反馈控制（闭环控制）：控制器按照被控变量与设定制的控制器按照被控变量与设定制的偏差来进行控制。偏差来进行控制。存在的问题：存在的问题：当被控变量偏离设定值，产生偏差后才进行当被控变量偏离设定值，产生偏差后才进行控制，使得控制，使得控制作用滞后。控制作用滞后。前馈

31、控制（开环控制）：前馈控制（开环控制）：控制器根据扰动或设定值的变化控制器根据扰动或设定值的变化按按补偿原理补偿原理进行工作。进行工作。特点：特点：扰动产生后，被控变量还未变化之前，根据扰动的扰动产生后，被控变量还未变化之前，根据扰动的大小施加控制，大小施加控制，控制超前。控制超前。1.基本原理基本原理经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(a)反反馈馈控控制制(b)前前馈馈控控制制两两种种加加热热炉炉温温度度控控制制系系统统图图例例1经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受

32、到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用例例2经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用前馈控制系统前馈控制系统经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.前馈补偿性能分析前馈补偿性能分析不变不变性原性原理理经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3.前馈控制与反馈控制的比较前馈控制与反馈控制的比较经营者提供

33、商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用前前馈馈控控制制器器单纯前馈控制系统单纯前馈控制系统（a）（b）3.前馈控制系统的几种结构形式前馈控制系统的几种结构形式经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用单纯前馈控制系统与比值控制系统比较单纯前馈控制系统与比值控制系统比较结构：结构：类似类似类似类似 （a）图与开环比值相同图与开环比值相同 （b）图与单闭环比值相同图与单闭环比值相同作用作用：不同不同不同不同 前馈控制前馈控制 采用

34、不变性原理及时消除干扰的影响；采用不变性原理及时消除干扰的影响；采用不变性原理及时消除干扰的影响；采用不变性原理及时消除干扰的影响；比值控制比值控制 使主动量与从动量保持一定的比例关系。使主动量与从动量保持一定的比例关系。使主动量与从动量保持一定的比例关系。使主动量与从动量保持一定的比例关系。由于单纯前馈控制系统是开环控制系统，因此由于单纯前馈控制系统是开环控制系统，因此由于单纯前馈控制系统是开环控制系统，因此由于单纯前馈控制系统是开环控制系统，因此工程上一般不采用。工程上一般不采用。工程上一般不采用。工程上一般不采用。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损

35、失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 在扰动作用下，前馈补偿作用只能使被控变量回在扰动作用下，前馈补偿作用只能使被控变量回到要求的设定值，而不考虑补偿过程中的偏差大小。到要求的设定值，而不考虑补偿过程中的偏差大小。当当G GF F(s)=K(s)=KF F、G GO O(s)=K(s)=KO O，则则 G GFFFF(s)=(s)=G GF F(s)/G(s)/GO O(s)(s)=K KF F/K/KO O=K=KFFFF加热炉静态前馈控制加热炉静态前馈控制静态前馈静态前馈经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者

36、购买商品的价款或接受服务的费用动态前馈动态前馈 目的目的是在任何时刻均实现对扰动影响的补偿，是在任何时刻均实现对扰动影响的补偿，使被控变量完全或基本上保持不变。使被控变量完全或基本上保持不变。当当G GF F(s)=K(s)=KF F/(T/(TF FS+1)S+1)、G GO O(s)=K(s)=KO O/(T/(TO OS+1)S+1)则则 G GFFFF(s)=(s)=G GF F(s)/G(s)/GO O(s)(s)T T1 1=T=TO O、T T2 2=T=TF F、K KFFFF=-K=-KF F/K/KO O 超前滞后特性超前滞后特性经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照

37、消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(2)前馈前馈-反馈控制系统反馈控制系统优点：优点：优点：优点：前馈控制来克服可以预见的主要扰动；反馈前馈控制来克服可以预见的主要扰动；反馈控制用来消除对于前馈控制不能补偿的一些扰动。控制用来消除对于前馈控制不能补偿的一些扰动。加热炉前馈加热炉前馈-反馈控制系统及方块反馈控制系统及方块图图结合结合结合结合前前馈特点：馈特点：开环，控制及时，但只能克服可测干扰；开环，控制及时，但只能克服可测干扰；开环，控制及时，但只能克服可测干扰；开环，控制及时，但只能克服可测干扰；反反馈特点：馈特点：闭环，控制不及时，但能克

38、服所有干扰。闭环，控制不及时，但能克服所有干扰。闭环，控制不及时，但能克服所有干扰。闭环，控制不及时，但能克服所有干扰。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用前馈反馈控制系统前馈反馈控制系统经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用前馈反馈控制系统前馈反馈控制系统经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用前馈控制与串级控制的比较：

39、前馈控制与串级控制的比较：前馈控制和串级控制都是用于时滞过大的过前馈控制和串级控制都是用于时滞过大的过程，或用于扰动大而频繁的场合。程，或用于扰动大而频繁的场合。串级控制：串级控制：是通过合理选择副变量和副回路来有效地克是通过合理选择副变量和副回路来有效地克服进入副回路的扰动。服进入副回路的扰动。前馈控制：前馈控制：当副回路滞后过大或当主要扰动在副回路之当副回路滞后过大或当主要扰动在副回路之外时，串级控制克服扰动的效果较差，此时采用外时，串级控制克服扰动的效果较差，此时采用前馈控制。前馈控制。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购

40、买商品的价款或接受服务的费用6.2.2 6.2.2 系统设计和工程应用中的问题系统设计和工程应用中的问题（采用前馈的条件）1、扰动变量的选择经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.系统设计示例经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3.系统投运与参数整定v前馈控制系统前馈控制系统投运投

41、运：先投反馈，后投前馈；先投反馈，后投前馈；先投反馈，后投前馈；先投反馈，后投前馈；反馈、前馈系统先各自投运，反馈、前馈系统先各自投运，整定好参数后再将两者结合。整定好参数后再将两者结合。v前馈控制系统参数整定的前馈控制系统参数整定的内容内容：K KFFFF=u/u/f f设置偏置值设置偏置值调整超前滞后环节的时间常数调整超前滞后环节的时间常数确定静态前馈增益确定静态前馈增益实测实测G GF F(s)(s)和和G GO O(s)(s)，求求G GFF FF(s);(s);经验法：根据输出响经验法：根据输出响 应曲线调参数应曲线调参数 实测实测K KF F和和K KO O，求求K KFFFF；经

42、营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用前馈补偿图前馈补偿图经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.3 大时滞过程控制系统具有非振荡特性的过程一般数学表达式：具有非振荡特性的过程一般数学表达式：当当/T0.3/T0.30.3 时，称为时，称为大时滞大时滞过程过程（不易控）（不易控）时滞会

43、使闭环控制系统的稳定性降低，控制品质变时滞会使闭环控制系统的稳定性降低，控制品质变差。因为系统的特征方程：差。因为系统的特征方程：1+1+G Gc c(s)G(s)Gp p(s)=0(s)=0广义对象特性广义对象特性6.3.1 6.3.1 过程时滞特性过程时滞特性经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.3.2 Smith6.3.2 Smith预估补偿控制预估补偿控制1.基本原理及结构基本原理及结构Gf经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购

44、买商品的价款或接受服务的费用 引入补偿器引入补偿器Gk(s)后系统闭环传递函数后系统闭环传递函数 随动系统：随动系统：定值系统：定值系统：G G1 1(s)-(s)-没有时滞的随动系统闭环传递函数没有时滞的随动系统闭环传递函数G Gc c(s)(s)G Gp p(s)(s)G Gp p(s)(s)G Gf f(s)(s)R(s)+Y(s)F(s)+_基于过程模型基于过程模型的补偿器的补偿器Gk(s)经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用结结 论论补偿后，由于特征方程式中已消除补偿后，由于特征方程式中已消

45、除 项，项，系统稳定性提高。系统稳定性提高。对于随动控制系统，控制过程仅在时间上推对于随动控制系统，控制过程仅在时间上推迟了迟了时间时间，系统的过渡过程形状和品质与系统的过渡过程形状和品质与无时滞的完全相同。无时滞的完全相同。对于定值控制系统，控制作用要比干扰作用对于定值控制系统，控制作用要比干扰作用的影响滞后的影响滞后时间，因此控制效果比时间，因此控制效果比随动控随动控制系统欠好。制系统欠好。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2.实施中的若干问题及注意事项实施中的若干问题及注意事项 当当 ，p p

46、=p p 时，时，Smith预估补偿控制预估补偿控制 才能实现完全补偿。才能实现完全补偿。由于大多数由于大多数G Gp p(s)(s)和和p p是近似的，因此是近似的，因此 p p与与p p不完全相等。不完全相等。G Gp p(s)(s)G Gp p(s)(s)和和 p pp p 的的 值越大，补偿效果越差。值越大，补偿效果越差。由于时滞为指数函数，故由于时滞为指数函数，故 p pp p 比比 G Gp p(s)(s)G Gp p(s)(s)的影响更大。要求的影响更大。要求p p更精确。更精确。G Gp p(s)(s)G Gp p(s)(s)G Gp p(s)(s)与与G Gp p(s)(s)

47、补偿后闭环系统的特征方程为：补偿后闭环系统的特征方程为：1 G Gc c(s)G(s)Gp p(s)(s)G Gp p(s)(s)G Gp p(s)(s)0 0 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用G Gc c(s)(s)G Gp p(s)(s)G Gp p(s)(s)G Gf f(s)(s)R(s)+Y(s)F(s)+_ G Gc c(s)(s)G GM M(s)(s)G Gp p(s)(s)G GM M(s)(s)Y(s)D(s)R(s)_G Gp p(s)(s)G GM M(s)(s)G G1M

48、C1MC(s)(s)D(s)Y(s)R(s)_DM(s)_DM(s)当模型与过程一致当模型与过程一致时，时，D DM M(s)=D(s),(s)=D(s),G G1MC1MC(s)(s)用于克服用于克服D(s)D(s)对系统的影响；对系统的影响；当模型与过程有误当模型与过程有误差时，差时，D DM M(s)(s)含有模含有模型失配信息，可通型失配信息，可通过系统进行修正。过系统进行修正。_+G GM M(s)e(s)e-s-s为过程模型；为过程模型；G G1MC1MC(s)(s)内模控制器。内模控制器。3.内内模模控控制制经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的

49、损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用内模控制器的设计：内模控制器的设计：设设G0(s)=Gp(s)，G0(s)=GM(s)。当当G0(s)G0(s)时，时，DM(s)=0，为了使为了使Y(s)=R(s)可导出：可导出：问题：问题：问题：问题：在工业生产过程中往往会有时滞，即 0,0,因此，G1MC(s)不可能实现或不稳定。往往G0(s)G0(s)，DM(s)0，使控制效 果欠佳。理想内模控制器理想内模控制器 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用6.3.3 6.3.3 其他时滞补偿

50、控制系统其他时滞补偿控制系统 改进型改进型Smith预估补偿控制系统预估补偿控制系统1.增益自适应补偿控制增益自适应补偿控制经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用（F=0）对象增益从对象增益从Kp增至增至Kp Kp除法器和识别器除法器和识别器的输出为的输出为(Kp Kp)/Kp，乘法器输出为乘法器输出为(Kp Kp)GM(s)，相当预估模型相当预估模型增益变化增益变化 Kp。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用