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转 复杂控制系统--前馈控制系统  

2014-11-06 10:41:13|  分类: 自动化 |  标签: |举报 |字号 订阅

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一、前馈控制系统及其特点
       反馈与前馈

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                                             图8-21 换热器的反馈控制
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                                             图8-22 换热器的前馈控制

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                                              图8-24 反馈控制与前馈控制方块图

1.前馈控制是基于不变性原理工作的,比反馈控制及时、有效

         前馈控制是根据干扰的变化产生控制作用的。

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            图8-23 前馈控制系统的补偿过程

反馈控制与前馈控制的检测信号与控制信号有不同的特点:
?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。
? 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之后。

2.前馈控制是属于“开环”控制系统

        反馈控制系统是一个闭环控制系统,而前馈控制是一个“开环”控制系统。

        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。要想综合一个合适的前馈控制作用,必须对被控对象的特性作深入的研究和彻底的了解。

3.前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器

         一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。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。

4.一种前馈作用只能克服一种干扰

        反馈控制只用一个控制回路就可克服多个干扰。

二、前馈控制的主要形式
1.单纯的前馈控制形式

         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。

(1)静态前馈控制系统

         在图8-22中,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。

         如果主要干扰是进料流量的波动ΔQ1,那么前馈控制器的输出Δmf为

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    举例:   蒸汽加热的换热器

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                                            图8-25 静态前馈控制实施方案

        热交换器是应用前馈控制较多的场合,换热器有滞后大、时间常数大、反应慢的特性,前馈控制就是针对这种对象特性设计的,故能很好发挥作用。

       根据热平衡原理来分析

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      进料增加为Q1+ΔQ1时

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   式(8-3)减式(8-2)

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   则

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(2)动态前馈控制系统

要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。

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                        图8-26 动态前馈控制实施方案
       可在静态前馈控制的基础上,加上延迟环节或微分环节,以达到干扰作用的近似补偿。

按此原理设计的一种前馈控制器,有三个可以调整的参数K、T1、T2。

K为放大倍数,是为了静态补偿用的。T1、T2是时间常数,都有可调范围,分别表示延迟作用和微分作用的强弱。

  2.前馈-反馈控制

       将它们组合起来,取长补短,使前馈控制用来克服主要干扰,反馈控制用来克服其他的多种干扰,两者协同工作,能提高控制质量。

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                               图8-27 换热器的前馈-反馈控制

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                           图8-28 前馈-反馈控制系统方块图

          前馈-反馈控制系统与串级控制系统的不同点
?串级控制系统是由内、外(或主、副)两个反馈回路所组成;
? 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。
三、前馈控制的应用场合
(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。

(2)主要干扰是可测而不可控的变量

(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。

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