苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务第六章 利用补偿原理提高系统的控制品质Date1过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务 6-1 概述2) 反馈控制系统的不足在被控对象呈现大迟延,多干扰等难以控制的特性,而又希 望得到较好的过程响应时,反馈控制难以得到好的效果(稳 定性,准确性,快速性)一、 反馈控制1)反馈控制的特点 ： 基于偏差来消除偏差； “不及时”的控制 ； 存在稳定性问题； 对各种扰动均有校正作用； 控制规律通常是P、PI、PD或PID等典型规律。Date2过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务二、前馈思想在扰动还未影响输出以前，直接改变 操作变量，以使输出不受或少受外部扰 动的影响。Date3过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务 例1 换热器控制 (用蒸汽Q对物料F进行加热,保持出料口物 料温度稳定)方案1-反馈控制缺点：对干扰的响应不够及时，总是偏差出现后才开始调节按偏差大小进 行控制的 e调节阀1被调量: 换热器出口温度1 主要干扰: 换热器的物料量FGc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)r1闭环控制系统方框图F(s)QeDate4过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务方案2-前馈控制控制思路：以干扰作用的大小进行控制，干扰出现后马上进行调节Gff(s)Gv(s)GPD(s)GPC(s)F(s)1前馈控制系统方框图Q1Gff(s)Gv(s)GPC(s)GPD(s)+FQ优点：对干扰直接进行控制，控制比反馈 及时干扰F 调节阀1蒸汽量物料量Date5过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务系统传递函数为 ：系统对于干扰F实现完全补偿的 条件是:Gff(s) Gv(s)GPC(s)GPD(s)+1FQ前馈控制的理论基础是不变性原理，或称为扰动 补偿理论Date6过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务三、不变性原理三、不变性原理: :控制系统的被调量与扰动量绝对无关或在一定准确度下 无关，也就是被调量完全独立或基本独立设被控对象受到干扰Di(t)的作用，则被调量y(t)的不变 性可表示为：即被调量y(t)与干扰Di(t)独立无关在应用不变性原理时,由于各种原因,不可能完全实现上 式所规定的y(t)与Di(t)独立无关，因此就被调量与干扰量之 间的不变性程度，提出了几种不变性Date7过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务(1) 绝对不变性对象在扰动Di(t)作用下, 被调量y(t)在整个过渡过程中始 终保持不变, 调节过程的动态偏差和稳态偏差均为零.即 Y(s)/D(s) = 0,（调节过程的动态和稳态偏差均为零，”理想 情况“）。 (2) 误差不变性准确度有一定限制的不变性可表示为：允许存在一定的误差, 在工程上容易实现, 而且生产中也不 会有绝对不变性的要求, 所以应用广泛. 如反馈控制从理论 上应该属于误差不变性Date8过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务(3) 稳态不变性在干扰Di(t)作用下, 被调量的动态偏差不为零, 而稳态 偏差为零, 被调量在稳态工况下与扰动量无关.(4) 选择不变性系统中被调量对其中几个主要的干扰实现不变性. 减 少了补偿装置, 节省投资又能达到对主要干扰的不变性Date9过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务 6-2 前馈控制系统对象前馈 控制器设定值r调节量yD1 D2 Dn被调量前馈控制系统前馈控制是以不变性原理为理论基础的一种控制方 法.它把影响过程的主要因素测量出来, 连同设定值一起 , 用来计算正确的输出,以适应当前的状态一 基本概念u = f(r, D1,D2,Dn)D1，Dn 为可测扰动；u ，y分别为被控 对象的操作变 量与受控变量 。Date10过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务例3 锅筒锅炉的水位控制锅炉的水位控制系统生产过程：给水G经锅炉加热产生蒸汽输出被调量: 锅炉水位H,保持恒定扰动: 负荷(蒸汽D)扰动, 给水扰动. 控制方案：1. 串级控制(反馈控制)2. 前馈控制Date11过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务1. 串级空制缺点：1. 对扰动的响应不够及时2. 如果负荷变化幅度大而且频繁,难以满足要求,水位H波动大3. 负荷对水位的影响存在假水位现象,调节过程产生更大动态偏差,调节过程加长主调 节器副调 节器调节阀管路锅炉压力变送器液位变送器给水 扰动负荷 扰动rHG(s)D(s)假水位: 锅炉蒸汽负荷突然,气压,水的沸点,水汽混合物体积,则此时 水位不因蒸发量大于给水量而下降，反而上升反之一样 Date12过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务主调 节器副调 节器调节阀管路锅炉压力变送器液位变送器给水 扰动负荷 扰动rHG(s)D(s)如果直接以负荷的扰动来调节阀门,使给水量总等于负 荷量,就能解决负荷扰动大,控制不及时的缺点.Date13过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务锅炉DDT 开方器LTLC 阀QCDT开方器hIG*IGID+-If蒸汽 负荷给水G锅炉水位前馈控制系统IG=f(D, r)2、前馈控制方案Date14过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务前馈控制与反馈控制的比较前 馈馈 控 制 反 馈馈 控 制 扰动扰动 可测测，但不要求被控量可 测测被控量直接可测测超前调节调节 ，可实现实现 系统输统输 出的 不变变性（但存在可实现问题实现问题 ）按偏差控制，存在偏差才能调节调节 ，（滞后调节调节 ）开环调节环调节 ，无稳稳定性问题问题闭环调节闭环调节 ，存在稳稳定性问题问题系统仅统仅 能感受有限个可测扰动测扰动系统统可感受所有影响输输出的扰动扰动对对于干扰扰与控制通道的动态动态 模 型，要求已知而且准确对对通道模型要求弱，大多数情况 无需对对象模型对时变对时变 与非线线性对对象的适应应性 弱对时变对时变 与非线线性对对象的适应应性 与鲁鲁棒性强Date15过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务(1) 前馈控制是按干扰作用的大小进行控制的 ，如果控制作用恰倒好处,一般比反馈控制及 时(2) 前馈控制属于开环控制系统(3) 前馈控制使用的是依对象特性而定的专用控 制器.(4) 一种前馈控制作用只能克服一种干扰前馈控制与反馈控制的比较Date16过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务 二、 静态前馈控制系统只需要在稳定工况下实现对干扰量的补偿,此时,前馈控制器的输 出是输入量的函数, 而与时间因子无关.对控制要求不是很高,只关心结果, 不重过程例4 列管换热器控制1) 生产过程2) 调节量 ( 2 )3) 扰动量 ( Q, 1, p )4) 热平衡方程及控制算法换热器料液Q, 12D加热蒸汽Date17过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务无论Q, 1如何变变化，总总有D=kQ( 2r- 1), Q, 1的扰动都能由蒸汽流量D立 即进行补偿得到蒸汽流量的给定值D*=kQ( 2r- 1).前馈补 偿器调节 器阀管道换热器压力 变送器Q1 D2D*2r5) 前馈控制算法与对象数学模型关系:从本质上讲, 算法就是数学模型Q 1 D2r数学模型Q 1D2r前馈控制算法换热器TXQ 12r1 +-kQCDTDTD* DD2静态前馈补偿器Date18过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务6) 参数对控制的影响QD2rD1D k对出口温度2的影响：通过调整k值可以调整出口温度与 设定值的残差 k过小，D的减小过小,残差为正 k过大，D的减小过大，残差为负 k适当，D的减小与Q的减小匹配，残差为0换热器TXQ12r1 +-kQCDTDTD* DD2静态前馈补偿器料液 流量蒸汽 流量Date19过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务7) 前馈控制与常规PID空制的比较(a) PID控制过程(b) 静态前馈控制过程 前馈控制比PID空制及时，能更早地校正偏差 前馈控制超调量小 前馈控制作用时间短.静态前馈空制除了有较高的控制精度外，还具有固有的稳定性 和很强的自身平衡倾向如料液没流量后，蒸汽也会自动关断Date20过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务8) 静态前馈控制缺点 负荷变化时都有一段动态不平衡过程，表现为瞬时温度误差 如果负荷情况与当初调整系统时的情况不同,就有可能出现残差.右图中曲线-料液流量Q-蒸汽流量D-按静态前馈控制时Q 料液 出口温度变化曲线.存在一段时 间较小的偏差,是由于扰动通道 和调节通道之间对象动态特性不 同所引起的动态偏差.静态前馈 补偿不能解决从理论上说，按静态模型设计的 前馈控制装置可以保证静态偏差 为零，但无法干预动态偏差的发 生Date21过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务三 动态前馈控制动态前馈控制的作用在于力求在任何时刻均实现对干扰的补偿通 过合适的前馈控制规律的选择，使干扰经过前馈控制器至被控变量这一 通道的动态特性与对象干扰通道的动态特性完全一致，并使他们的符号 相反，便可达到控制作用完全补偿干扰对被控变量的影响Gff(s)Gv(s)GPC(s)GPD(s)+1扰动FQ动态前馈与静态前馈从控制系统的结构上看是一样的，只是前馈控制器的控制规律不同.动态前馈要求控制器的输出不仅仅是干扰量的函数, 而且也是时间的函数。要求前馈控制器的校正作用使被控变量的静态和动态误差都接近或等于零。 Date22过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务1. 动态补偿器的设计扰动量-D(s)被调量-Y(s)没有补偿器时, 扰动量D只通过Gd(s) 影响Y,即Gv(s)Gff(s)补偿器m调节阀 Gp(s)DY(s)扰动被调量Gd(s)有了补偿器后，扰动量D同时还通过补偿通道Gff(s)Gv(s)Gp(s)来影响被 调量Y,则根据不变性原理, 有补偿器传递函数为：Date23过程控制苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务