前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)課設(shè)

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1、目錄第一章．前饋控制系統(tǒng)2第二章.給水控制對象的動態(tài)特征7第三章．給水自動控制系統(tǒng)的基本要求11第五章．總結(jié)24參考文獻(xiàn)24……………………………………裝………………………………………訂…………………………………………線………………………………………專業(yè)班級自動化09-1學(xué)號2009100601姓名李豐成績前饋—反饋復(fù)合控制控制系統(tǒng)摘要流量是工業(yè)生產(chǎn)過程中重要的被控量之一，因而流量控制的研究具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。鍋爐的流量控制對石油、冶金、化工等行業(yè)來說必不可少。本論文的目的是鍋爐進(jìn)水流量定值控制，在設(shè)計(jì)中充分利用自動化儀表技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動控制

2、技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對水箱液位的過程控制。首先對被控對象的模型進(jìn)行分析，并采用實(shí)驗(yàn)建模法求取模型的傳遞函數(shù)。然后，根據(jù)被控對象模型和被控過程特性并加入PID調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)流量控制系統(tǒng)，采用動態(tài)仿真技術(shù)對控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。同時(shí)，通過對實(shí)際控制的結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了過程控制對提高系統(tǒng)性能的作用。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，組態(tài)技術(shù)開始得到重視與運(yùn)用,它能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能根據(jù)控制對象和控制目的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。關(guān)鍵詞：流量定值；過程控制；PID調(diào)節(jié)器；前饋控制；系統(tǒng)仿真第一章．前饋控制系統(tǒng)1.前饋控制系統(tǒng)

3、的組成在熱工控制系統(tǒng)中，由于被控對象通常存在一定的純滯后和容積滯后，因而從干擾產(chǎn)生到被調(diào)量發(fā)生變化需要一定的時(shí)間。從偏差產(chǎn)生到調(diào)節(jié)器產(chǎn)生控制作用以及操縱量改變到被控量發(fā)生變化又要經(jīng)過一定的時(shí)間，可見，這種反饋控制方案的本身決定了無法將干擾對被控量的影響克服在被控量偏離設(shè)定植之前，從而限制了這類控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的進(jìn)一步提高?？紤]到偏差產(chǎn)生的直接原因是干擾作用的結(jié)果，如果直接按擾動而不是按偏差進(jìn)行控制，也就是說，當(dāng)干擾一出現(xiàn)調(diào)節(jié)器就直接根據(jù)檢測到的干擾大小和方法按一定規(guī)律去控制。由于干擾發(fā)生后被控量還未顯示出變化之前，調(diào)節(jié)器就產(chǎn)生了控制作用，這在理論上

4、就可以把偏差徹底消除。按照這種理論構(gòu)成的控制系統(tǒng)稱為前饋控制系統(tǒng)，顯然，前饋控制對于干擾的克服要比反饋控制系統(tǒng)及時(shí)的多。從以上分析我們可以得出如下結(jié)論：若系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)器能根據(jù)干擾作用的大小和方向就對被調(diào)介質(zhì)進(jìn)行控制來補(bǔ)償干擾對被調(diào)量的影響，則這種控制就叫做前饋控制或擾動補(bǔ)償。前饋控制系統(tǒng)的工作原理可結(jié)合下面圖1所示的換熱器前饋控制進(jìn)一步說明，圖中虛線部分表示反饋控制系統(tǒng)。換熱器是用蒸汽的熱量加熱排管中的料液，工藝上要求料液出口溫度一定。當(dāng)被加熱水流量發(fā)生變化時(shí)，若蒸汽兩不發(fā)生變化，而要使出口溫度保持不變，就必須在被加熱水量發(fā)生變化的同時(shí)改變蒸汽量。

5、這就是一個(gè)前饋控制系統(tǒng)。圖中虛線所示是反饋控制的方法，這種方法沒有前饋控制及時(shí)。圖1前饋控制系統(tǒng)的原理框圖于圖2所示。圖中，：測量變送器的變送系數(shù)；(s)：干擾通道對象傳遞函數(shù)；(s)：控制通道對象傳遞函數(shù)；(s)：前饋控制裝置或前饋調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。2前饋控制系統(tǒng)的特點(diǎn)理想的情況下，針對某種擾動的前饋控制系統(tǒng)能夠完全補(bǔ)償因擾動而引起的對被調(diào)量的影響。實(shí)現(xiàn)對干擾完全補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵是確定前饋控制器（前饋調(diào)節(jié)器）的控制作用，顯然(s)取決于對象控制通道和干擾通道的特性。由圖2可得：(s)=[(s)+(s)(s)](s)（1）令=0則有：=(s)+(s)(s

6、)（2）式中：是干擾引起的輸出。在理想的情況下，經(jīng)過前饋控制以后，被調(diào)量不變，即實(shí)現(xiàn)了所謂“完全補(bǔ)償”，此時(shí)：=(s)+(s)(s)=0所以，前饋控制器的控制規(guī)律為：（3）上式說明前饋控制的控制規(guī)律完全是由對象特性決定的，它是干擾通道和控制通道傳遞函數(shù)之商，式中負(fù)號表示控制作用的方向與干擾作用相反。如果(s)和(s)可以很準(zhǔn)確測出，且(s)完全和上式確定的特性一致，則不論干擾信號是怎樣的形式，前饋控制都能起到完全控制的作用，使被調(diào)量因干擾而引起的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)偏差均是零。3.復(fù)合控制系統(tǒng)特性分析正如前面所指出的那樣，前饋控制能依據(jù)干擾值的大小在被調(diào)參數(shù)

7、偏離給定值之前進(jìn)行控制，使被調(diào)量始終保持在給定值上。這樣一個(gè)看起來相當(dāng)完美的控制方式也有其局限性。首先表現(xiàn)在前饋控制系統(tǒng)中不存在被調(diào)量的反饋，即對于補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果沒有前言的手段。因而，當(dāng)前前饋?zhàn)饔貌]有最后消除偏差時(shí)，系統(tǒng)無法得知這一信息而作進(jìn)一步的校正。其次，由于實(shí)際工業(yè)對象存在著多個(gè)干擾，為了補(bǔ)償它們對被調(diào)量的影響，勢必設(shè)計(jì)多個(gè)前饋通道，增加了投資費(fèi)用和維護(hù)工作量。此外當(dāng)干擾通道的時(shí)間常數(shù)小于控制通道的時(shí)間常數(shù)時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償。再者，前饋控制模型的精度也受到多種因素的限制，對象特性受負(fù)荷和工況等因素的影響而產(chǎn)生偏移，必然導(dǎo)致(s)和(s)的變化

8、，因此一個(gè)事先固定的前饋模型不可能獲得良好的控制質(zhì)量。工程實(shí)際中，為克服前饋控制的局限性從而提高控制質(zhì)量，對一兩個(gè)主要擾動