【正文】 一、前饋反饋控制技術(shù) 二、雙重控制 三、浮動塔壓控制系統(tǒng) 四、均勻控制系統(tǒng) 五、精餾塔的控制 第四章 復(fù)雜 控制技術(shù) 前饋反饋控制技術(shù) 一、 反饋控制和前饋控制的特點(diǎn) 二、 不變性原理與前饋控制器 三、 前饋控制的幾種結(jié)構(gòu)形式 第四章 復(fù)雜控制技術(shù)（一） 前面各部分討論的控制系統(tǒng)，都是帶有反饋的閉環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)被控系統(tǒng)受到擾動后，必須等到被控參數(shù)出現(xiàn)偏差，控制器才有動作，以補(bǔ)償擾動對控制參數(shù)的影響。 若能在擾動出現(xiàn)時就進(jìn)行控制，而不是等到偏差發(fā)生后再進(jìn)行控制，這樣就能更有效地消除擾動對被控參數(shù)的影響。前饋控制就是依據(jù)這個思路提出來的。 ? 反饋控制的特點(diǎn) [例 ]如圖所示為換熱器溫度控制系統(tǒng)原理框圖。圖中： Q2為熱流體溫度； Q1為冷流體溫度， q為流體的流量， qD為蒸汽的流量， pD為蒸汽的壓力， kv為調(diào)節(jié)閥開度。 溫 度 調(diào) 節(jié) 器溫 度 傳 感 器熱 交 換 器蒸 汽qp D q Dqk v1? 2?20?冷 凝 液T CT T 一、 反饋控制和前饋控制的特點(diǎn) 反饋控制的特點(diǎn) T C k vT T20? 2?廣 義 被 控 對 象p Dq 1?上圖中，當(dāng)擾動（物料流量 q，入口溫度 ?1，蒸汽壓力 pD）發(fā)生后，引起： ??????????? 22202 ???? Dv qke一、 反饋控制和前饋控制的特點(diǎn) 反饋控制的特點(diǎn) 一 反饋控制和前饋控制的特點(diǎn) 反饋控制的特點(diǎn) 反饋控制的特點(diǎn)為： ? 反饋控制的本質(zhì)是“基于偏差來消除偏差”。如果沒有偏差出現(xiàn)，也就沒有控制作用。 ?無論擾動發(fā)生在那里，總要等到引起被控量發(fā)生偏差后，調(diào)節(jié)器才動作。故調(diào)節(jié)器的動作總是落后于擾動作用的發(fā)生，是一種相對“不及時”的控制。 ? 前饋控制的特點(diǎn) [例 ]換熱器前饋控制。如果該系統(tǒng)中物料流量 q是被控量 ?2的主要擾動。如果 q變化頻繁且幅值大，對出口溫度 ?2的影響最大。這時可考慮采用前饋控制。 熱 交 換 器蒸 汽qq2?冷 凝 液流 量 傳 感 器前 饋 控 制 器kvqD2?廣 義 被 控 對 象q前 饋 控 制 器q Dftu??????? 2?vft kuq 一、 反饋控制和前饋控制的特點(diǎn) 前饋控制的特點(diǎn) ? 前饋控制器“基于擾動來消除擾動對被控量的影響”，又稱前饋控制為“擾動補(bǔ)償”。 ? 擾動發(fā)生后，前饋控制器“及時”動作，對抑制被控量由于擾動引起的動、靜態(tài)偏差比較有效。 ? 前饋控制屬于開環(huán)控制。因此只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定。 ? 一條前饋只對被前饋的可測而不可控的擾動有校正作用，而對系統(tǒng)中的其它擾動無校正作用。 ? 前饋控制器的控制律有時較復(fù)雜。 一、 反饋控制和前饋控制的特點(diǎn) 前饋控制的特點(diǎn) 不變性原理： 控制系統(tǒng)的被控量與擾動量完全無關(guān)，或在一定的準(zhǔn)確度下無關(guān)。 任何一個系統(tǒng)，總是希望被控量受擾動的影響越小越好。如圖： 被 控 對 象擾 動被 控 量f ( t ) y ( t )當(dāng) f(t)不為零時，該系統(tǒng)的不變性定義為： 0)( ?ty 按照控制系統(tǒng)輸出參數(shù)與輸入?yún)?shù)的不變性程度，有絕對不變性、 e不變性和穩(wěn)態(tài)不變性等幾種不變性類型。 二、 不變性原理與前饋控制器設(shè)計(jì) 不變性原理 ? 絕對不變性：指系統(tǒng)在擾動 f(t)的作用下，被控參數(shù) y(t)在整個過程中始終保持不變。即 e動 ＝ e靜 ＝ 0。如下圖所示。 f ( t )ty ( t )t)(1 ty)(2 ty )()()( 21 tytyty ??圖中； f(t)為擾動， y1(t)為由擾動引起的被控參數(shù)的變化。 y2(t)為前饋控制器對被控參數(shù)的影響。y(t)為被控參數(shù)的實(shí)際變化量。y(t)=y1(t)+y2(t)=0 二、 不變性原理與前饋控制器設(shè)計(jì) ? e不變性：指系統(tǒng)在擾動 f(t)的作用下，被控參數(shù) y(t)的偏差小于一個很小的 e值。即 |y(t)|e， [當(dāng) f(t)不為零時 ]。 ? 穩(wěn)態(tài) 不變性：指系統(tǒng)在擾動 f(t)的作用下，雖然被控參數(shù)y(t)的動態(tài)偏差不為零，但其靜態(tài)偏差恒為零，即： ]0)([,0)(lim ???? tftyt 二、 不變性原理與前饋控制器設(shè)計(jì) 二、 不變性原理與前饋控制器設(shè)計(jì) 前饋控制器 前饋控制器： 前饋控制器的設(shè)計(jì)依據(jù)是不變性原理。前饋控制系統(tǒng)由兩部分組成。當(dāng)擾動發(fā)生后，通過擾動通道引起被控量的變化。同時，前饋控制器根據(jù)擾動的性質(zhì)及大小對過程的控制通道施加控制，使被控量發(fā)生與前者相反的變化，以抵消擾動對被控對象的影響。 前饋控制器的典型結(jié)構(gòu) 圖中， Gn(s)是被控對象擾動通道的傳遞函數(shù)； Dn(s)是前饋控制器的傳遞函數(shù)； G(s)被控對象的傳遞函數(shù)。 n為可測不可控的干擾； y為被控參數(shù)；假定 u1＝ 0，有： )()]()()([)()()( 21 sNsGsGsDsYsYsY nn ????整理得： )()()()( )( sGsGsDsN sY nn ?? 二、 不變性原理與前饋控制器設(shè)計(jì) 前饋控制器的典型結(jié)構(gòu) 根據(jù)絕對不變性原理： 0)()()()( )( ??? sGsGsDsN sY nn由此得到前饋控制器傳遞函數(shù)為： )()()(sGsGsD nn ??也可由 e不變性或穩(wěn)態(tài)不變性原理來設(shè)計(jì)前饋控制器。（略） 二、 不變性原理與前饋控制器設(shè)計(jì) 前饋控制器的典型結(jié)構(gòu) 靜態(tài)前饋控制系統(tǒng) 根據(jù)穩(wěn)態(tài)不變性原理設(shè)計(jì)靜態(tài)前饋控制器。這種補(bǔ)償只能在穩(wěn)態(tài)時實(shí)現(xiàn)對擾動的補(bǔ)償。 mnn KsGsGsD ????)()()( 動態(tài)前饋控制系統(tǒng) 根據(jù)絕對不變性原理設(shè)計(jì)動態(tài)前饋控制器。 )()()(sGsGsD nn ?? 三、 前饋控制的幾種結(jié)構(gòu)形式 靜態(tài)和動態(tài)前饋控制系統(tǒng) 前饋－反饋控制系統(tǒng) （一） 前饋控制的局限性 ? 前饋控制屬于開環(huán)控制。故一般不單獨(dú)使用前饋控制； ? 完全補(bǔ)償難以實(shí)現(xiàn)。（ 1）難以準(zhǔn)確地掌握過程擾動通道和控制通道 Gn(s) 和 G(s)的特性。有些過程對象常含有非線性特性，在不同的工況下，動態(tài)性能參數(shù)將變化，單一的前饋模型難以適應(yīng)。（ 2）有些前饋模型 Dn(s)難以實(shí)現(xiàn)，只能用計(jì)算機(jī)完成。（ 3）一個擾動需要一個測量變送裝置，干擾多時，造成控制系統(tǒng)龐大。 三、 前饋控制的幾種結(jié)構(gòu)形式 前饋－反饋控制系統(tǒng) （二） 前饋－反饋控制系統(tǒng) 為了解決上述前饋控制的局限性，吸收前饋控制對擾動的補(bǔ)償作用和反饋控制對偏差的控制作用的優(yōu)點(diǎn)，可組成前饋－反饋控制系統(tǒng)。 [例 ]煉油裝置加熱爐的前饋－反饋控制系統(tǒng)。圖中， ?為被控量，物料流量 qF經(jīng)常發(fā)生變化。因而對此干擾實(shí)行前饋控制。當(dāng) qF變化時，通過 FT， FFC的信號變化，從而調(diào)節(jié)閥門的開度，改變 ?。 流 量 傳 感 器流 量 前 饋 控 制 器溫 度 傳 感 器溫 度 控 制 器+加 熱 爐Fq物 料Bq燃 料? f fcu i? 三、 前饋控制的幾種結(jié)構(gòu)形式 前饋－反饋控制系統(tǒng) （三） 典型前饋－反饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 D ( s ) G ( s )G n ( s )+Y 2 ( s )+N ( s )Y 1 ( s )Y ( s )D n ( s )R ( s ) E ( s )U ( s )U 1 ( s )U n ( s )( a )D ( s ) G ( s )G n ( s )+Y 2 ( s )+N ( s )Y 1 ( s )Y ( s )D n ( s )R ( s )E ( s )U ( s )U n ( s )( b ) 三、 前饋控制的幾種結(jié)構(gòu)形式 前饋－反饋控制系統(tǒng) D ( s ) G ( s )G n ( s )+Y 2 ( s )+N ( s )Y 1 ( s )Y ( s )D n ( s )R ( s ) E ( s )U ( s )U 1 ( s )U n ( s )( a )? 典型前饋－反饋控制系統(tǒng)控制效果分析（一） 圖 (a)中前饋信號接在反饋控制器之后。可知：在擾動 N(s)的作用下，系統(tǒng)的輸出為： )()()()()()()()()( sYsGsDsNsGsDsNsGsY nn ???上式中：右邊第一項(xiàng)為干擾對輸出量的影響，第二項(xiàng)為前饋校正作用，第三項(xiàng)為反饋校正作用。 三、 前饋控制的幾種結(jié)構(gòu)形式 前饋－反饋控制系統(tǒng) D ( s ) G ( s )G n ( s )+Y 2 ( s )+N ( s )Y 1 ( s )Y ( s )D n ( s )R ( s ) E ( s )U ( s )U 1 ( s )U n ( s )( a )傳遞函數(shù)為：