【正文】 ?????? 1)(,1)(foffcsfoffcsfoofofffcffcfoesTsTKesTsTKKsGsGsG????????????????????????1111)()()()(11)(????sTsTKsGfoffcffc由于用常規(guī)儀表實(shí)施時(shí)滯項(xiàng)困難，有時(shí)，該項(xiàng)也可能為負(fù)值而使采用計(jì)算機(jī)也無法實(shí)現(xiàn)，因此，動(dòng)態(tài)前饋算式通常采用近似式： 過程控制 根據(jù) To和 Tf的大小關(guān)系，動(dòng)態(tài)前饋控制器的階躍響應(yīng)如圖。 當(dāng) ToTf時(shí)，前饋控制器呈現(xiàn)超前特性； 當(dāng) ToTf時(shí)，前饋控制器呈現(xiàn)滯后特性； 當(dāng) To=Tf時(shí)，前饋控制器呈現(xiàn)比例特性，即為靜態(tài)前饋增益； 前饋控制器的階躍響應(yīng) 過程控制 前饋控制實(shí)質(zhì)是用前饋控制器的零點(diǎn)對(duì)消前饋控制通道廣義對(duì)象的零點(diǎn)，并使前饋控制器的部分極點(diǎn)等于擾動(dòng)傳遞函數(shù)的零點(diǎn)。 對(duì)于開環(huán)不穩(wěn)定的對(duì)象，應(yīng)將前饋和反饋相結(jié)合，組成前饋－反饋控制系統(tǒng)，否則會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定。 過程控制 前饋－反饋復(fù)合控制系統(tǒng) 既發(fā)揮了前饋?zhàn)饔?，可及時(shí)克服主要擾動(dòng)對(duì)被控量影響的優(yōu)點(diǎn)，又保持了反饋控制能克服多個(gè)擾動(dòng)影響的特點(diǎn)，同時(shí)也降低了系統(tǒng)對(duì)前饋補(bǔ)償器的要求，使其在工程上易于實(shí)現(xiàn)。 由一個(gè)反饋回路和一個(gè)開環(huán)補(bǔ)償回路疊加而成的復(fù)合系統(tǒng) 過程控制 蒸汽 冷物料 熱物料 冷凝水 換熱器 換熱器的前饋－反饋控制 T1， Q D，pd + T2T T2C FffC FffT 過程控制 Gp(s) Gv(s) Gffc(s) Gffm(s) Gf(s) F(s) Y(s) Gc(s) Gm(s) － 前饋－反饋控制系統(tǒng)方框圖 1 前饋信號(hào)接在反饋控制信號(hào)之后 過程控制 Gp(s) Gv(s) Gffc(s) Gffm(s) Gf(s) F(s) Y(s) Gc(s) Gm(s) － 前饋－反饋控制系統(tǒng)方框圖 2 前饋信號(hào)接在反饋控制信號(hào)之前 過程控制 )()()()(1)()()()()()()()(sGsGsGsGsGsGsGsGsGsGsFsYmpvcpvcffcffmf???)()()()()(sGsGsGsGsWpvffmfffc ??)()()()(1)()()()()()()(sGsGsGsGsGsGsGsGsGsFsYmpvcpvffcffmf???實(shí)現(xiàn)前饋?zhàn)饔玫耐耆a(bǔ)償?shù)臈l件不變 ，即 另一種結(jié)構(gòu)中， 實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償?shù)臈l件為： )()()()()()(sGsGsGsGsGsWpvcffmfffc ??過程控制 前饋串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng) 有的生產(chǎn)過程常受到多個(gè)變化頻繁而又劇烈的擾動(dòng)影響，而生產(chǎn)過程對(duì)被控參數(shù)的控制精度和穩(wěn)定性要求又很高，這時(shí)可考慮采用前饋－串級(jí)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入副回路的擾動(dòng)影響有較強(qiáng)的抑制能力，而前饋控制能克服進(jìn)入主回路的擾動(dòng)。 另外，前饋控制器的輸出不直接加在閥門上，而是作為副調(diào)節(jié)器的給定值，可降低對(duì)調(diào)節(jié)閥門特性的要求。 過程控制 換熱器的前饋－串級(jí)控制 D，pd FffC FffT T2T T2C 蒸汽 冷物料 熱物料 冷凝水 換熱器 T1， Q FT FC 過程控制 Gp1(s) Gv(s) Gffc(s) Gffm(s) Gf(s) F1(s) Y1(s) Gc1(s) Gm1(s) － 前饋－串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖 Gc2(s) Gm2(s) Gp2(s) － 在串級(jí)控制系統(tǒng)中，當(dāng)副回路的工作頻率遠(yuǎn)大于主回路的工作頻率時(shí)，副回路可近似為 1:1環(huán)節(jié)，前饋控制器的補(bǔ)償條件為： )()()(1)( sGGsGsGpsffmfffc ??過程控制 靜態(tài)前饋增益的整定 ? 根據(jù)機(jī)理分析計(jì)算靜態(tài)前饋增益 fuKffc ???? 經(jīng)驗(yàn)法：根據(jù)輸出響應(yīng)曲線調(diào)試靜態(tài)前饋增益。 三、前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 ? 實(shí)測(cè)方法 1：在工況下實(shí)測(cè)擾動(dòng)通道的增益和控制通道的增益，然后相除得到靜態(tài)的前饋增益 ? 實(shí)測(cè)方法 2：在擾動(dòng)變化量 ?f下，通過反饋控制系統(tǒng)使被控變量回復(fù)到設(shè)定值，這時(shí)，控制器輸出變化量為 ?u，則靜態(tài)前饋增益為： 過程控制 物料流量單位階躍減小時(shí)，不同 Kffc值下?lián)Q熱器靜態(tài)調(diào)節(jié)過程 紅色曲線：前饋?zhàn)饔锰?，蒸汽流量減小不足以抵消物料流量的變化，這種情況稱為“欠補(bǔ)償”； T2 藍(lán)色曲線：前饋過強(qiáng)而產(chǎn)生的“過補(bǔ)償”現(xiàn)象，此時(shí)蒸汽量變化超過物料流量變化所需要的蒸汽量； 綠色曲線出口溫度最終回到給定值上，這說明前饋補(bǔ)償合適。 過程控制 超前滯后環(huán)節(jié)的整定 ? 實(shí)測(cè)擾動(dòng)通道傳遞函數(shù) Gf(s)，和前饋廣義對(duì)象的傳遞函數(shù) Go(s)。 ? 經(jīng)驗(yàn)法：根據(jù)輸出響應(yīng)曲線調(diào)試超前滯后環(huán)節(jié)參數(shù)。 先使前饋控制器中的動(dòng)態(tài)參數(shù) T1=T2，在 f的階躍擾動(dòng)下，由被控量的變化形狀判斷 T1和 T2的調(diào)整方向。 先從過程欠補(bǔ)償情況開始，逐步強(qiáng)化前饋補(bǔ)償作用（增大 T1或減小 T2），直到出現(xiàn)過補(bǔ)償?shù)内厔?shì)時(shí)，再稍微消弱一點(diǎn)前饋補(bǔ)償作用，即適當(dāng)減小 T1或增大 T2，以得到補(bǔ)償效果滿意的規(guī)度過程。 過程控制 一、 概述 系統(tǒng)中的非線性因素，主要存在于兩個(gè)部分： 非線性增益補(bǔ)償系統(tǒng) ? 一部分是用以實(shí)現(xiàn)控制的儀表或執(zhí)行機(jī)構(gòu)中所包含的非線性。例如調(diào)節(jié)器中的限幅特性，閥門的等百分比、拋物線和快開等特性。它們一般屬于典型非線性特性。 ? 另一部分存在于對(duì)象本身。例如對(duì)象的增益在很多情況下不是常數(shù)而是負(fù)荷、調(diào)節(jié)量等因素的非線性函數(shù)，通常稱之為對(duì)象的 變?cè)鲆嫣匦?。例如有些對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的描述本來就是用的非線性方程。 過程控制 在一個(gè)具有變?cè)鲆鎸?duì)象的系統(tǒng)中，控制過程會(huì)出現(xiàn)什么問題？ 為了控制回路能正常工作，就必須根據(jù)最壞的操作調(diào)節(jié)，即根據(jù)預(yù)計(jì)的最小流量來整定調(diào)節(jié)器。 換熱器的增益是與被加熱物料的流量成反比的。 整定是在正常的負(fù)荷下進(jìn)行的。 當(dāng)物料流量增大時(shí)，由于過程增益變小，在已整定好的溫度控制回路的比例增益作用下，過渡過程將會(huì)出現(xiàn)過阻尼； 在小流量下，過程增益增大，系統(tǒng)可能出現(xiàn)振蕩甚至不穩(wěn)定。 過程控制 在不同流量下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線 綠色：正常流量；紅色：流量減??；藍(lán)色：流量增加 過程控制 設(shè)法使系統(tǒng)中某一環(huán)節(jié)具有與對(duì)象增益相反的非線性特性，使之與原來非線性特性相補(bǔ)償，最后使系統(tǒng)的開環(huán)增益保持不變，校正為一個(gè)線性系統(tǒng)。 補(bǔ)償原理 二、對(duì)象靜態(tài)非線性特性的處理 ? 采用閥門特性 ：利用閥門的對(duì)數(shù)流量特性來補(bǔ)償 過程控制 ? 利用變?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)器 ：對(duì)象的非線性則由非線性調(diào)節(jié)器的變?cè)鲆鎭磉M(jìn)行補(bǔ)償 將包含非線性的環(huán)節(jié)包含在副回路中。 構(gòu)造串級(jí)控制系統(tǒng) ? 利用函數(shù)變換器及各種運(yùn)算單元：對(duì)于變化多端的非線性特性，用變?cè)鲆嬲{(diào)節(jié)器來補(bǔ)償還是比較粗糙的，對(duì)于控制要求比較高的系統(tǒng)，恐怕很難得到滿意的效果。函數(shù)變化器和各種運(yùn)算單元經(jīng)過計(jì)算、調(diào)整和組合可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀的曲線，因而能夠較精確地進(jìn)行補(bǔ)償。