61-4补偿原理

过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.1第六章利用补偿原理提高系统的控制品质§6-1概述§6-2前馈控制系统(FeedforwardControlSystem)§6-3大迟延系统§6-4非线性增益补偿系统过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWHConnectingControllers&ActuatorsIncontrolprogrammingwemakestatementslike:Adjustv3tomaintainLC1atLC1setWecouldimplementthisasthefollowingPIDcontroller:v3v3offsetKc(LC1LC1set)1I(LC1LC1set)dtDd(LC1LC1set)dtButthereareothercontrolspossible:•MaintainLC1bycontrollingv3(Feedbackcontrol)•AnticipatechangesinLC1bymeasuringFC1andFC2andpreemptivelyadjustv3(Feedforwardcontrol)•FeedinadefinedratioofAandB(Ratiocontrol)•ConnectLC1toFC1toadjustv1(Cascadecontrol)过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWHFeedbackControlPhilosophy:Adjustforerrorsastheytakeplace.Example:MaintainLC1bycontrollingv3Disadvantages•Onlycorrectsforerrorsaftertheyhappen•GenerallyonlytakesinputfromonesensorAdvantages•Simpletodesign•Noprocessmodelrequiredv3v3offsetKc(LC1LC1set)1I(LC1LC1set)dtDd(LC1LC1set)dt过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWHFeedForwardControlPhilosophy:AnticipateandcorrectforerrorsbeforetheyhappenExample:MaintainLC1bymeasuringFC1andFC2andpreemptivelyadjustv3Disadvantages•Requiresinfinitelyaccuratemodels•RequiresinfinitelyaccuratemeasurementsAdvantages•Correctsfordeviationsbeforetheyhappen!•Inidealcasescanproduceperfectcontrolv3kvalves(FC1FC2)(assumingalinearvalve)过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.5§6-1概述例：换热器出口温度的反馈控制系统原料进料量变化(扰动)温度变化形成偏差调节作用改变调节阀开度改变加热量变化温度恢复反馈控制按偏差调节，是闭环控制，可克服多种不同干扰，常用控制规律PID，但调节不及时！进料出料过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.6进料出料例：换热器出口温度的前馈控制系统进料量变化温度变化温度不变调节作用改变阀开度改变前馈控制按扰动调节，是开环控制，只能克服一种干扰，用前馈控制规律，调节及时！温度反向变化扰动通道前馈通道过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.7前馈控制方案FFC——按干扰量的变化来提前补偿其对被控变量的影响。换热器进料量为出口温度的主要干扰量，可通过流量测量，通过前馈装置，控制阀门，即用蒸汽变化补偿由于进料流量变化对出口温度的影响。超前控制wffFFSMffθ1θ2过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.8wffFFSMffθ1θ2前馈控制wff(S)wPD(S)wPC(S)++θdθcFθ1前馈控制方框图前馈控制系统的补偿过程FΔFθ1θDθctt过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.9有偏差才控制不能事先规定调节器的输出反馈控制的缺点设计控制器Gf(s)，使则D的变化与Y无关Gp(s)Gc(s)KvGd(s)RD-++YGp(s)Gf(s)KvGd(s)D++Y0)s(G)s(GK)s(Gdpvf不变性原理：被调量与扰动量绝对无关或在一定准确度下无关前馈控制的理论基础是“不变性原理”或“干扰补偿理论”。过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.10工程实际中几种不变性（1）绝对不变性：（2）误差不变性：（3）稳态不变性：（4）选择不变性：对主要扰动不变性被控对象中的内部扰动(调节量)和外部扰动U(s)D1(s)D2(s)Dn(s)Y(s)时当0)(tDinity,...,2,1,0)(时当0)(tDi0)(ty时当0)(tDi)(ty时当0)(tDi0)(limtyt干扰作用有多个，不可能全部克服所有干扰对被调量的影响！而只能选择其中主要的一个或几个干扰进行补偿，这就是选择不变性。绝对不变性是理想过程，工程上难以实现，后三种则容易做到。过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.11系统对干扰F实现完全补偿的条件：可得前馈控制器传递函数：可以看出，前馈控制器的控制规律为对象的干扰通道与控制通道的特性之比，式中的“负”号表示控制作用与干扰作用的方向相反。)s(GK)s(G)s(G0)s(G)s(GK)s(Gpvdfdpvf过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.121.前馈控制按直接按干扰作用的大小进行控制，比反馈控制要及时。2.前馈控制属于开环控制;开环控制，控制效果不能通过反馈验证，因此对控制器设计的要求比较严格。3.前馈控制系统只能用来克服生产过程中主要的、可测不可控的扰动，而不能克服不可测的扰动。4.前馈控制系统一般只能实现局部补偿而不能保证被调量的完全不变，一种前馈控制只能控制一种干扰。5.前馈控制器是视对象特性而定的“专用”控制器；不象反馈控制通用PID算法，前馈控制算法依对象不同而不同。前馈控制的工作原理及其特点过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.13前馈控制与反馈控制的比较每一种都要有一个控制系统一种系统可克服多种干扰经济性7专用控制器常规PID控制器控制器6无差控制（理想状态）动态有差控制控制质量5开环控制闭环控制系统结构4偏差出现前，扰动发生时偏差出现后控制作用发生的时间3干扰量被控变量检测的信号2干扰量的波动被控变量的偏差控制的依据1前馈控制反馈控制过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.14前馈控制与反馈控制的比较过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.15前馈控制系统的结构1.静态前馈控制2.动态前馈控制3.前馈-反馈控制4.前馈-串级控制过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.16例:汽包水位控制当Gff(s)G0(s)=-Gd(s)时蒸汽扰动对水位的影响消除把Gff(s)称为前馈控制器一、基本概念LCWDFCFCFGc1(s)Gp(s)-rHDΔwGd(s)++KvGc2(s)Gff(s)由误差不变性，“将问题消灭在萌芽状态”当外输蒸汽量加大时，测出其增加的体积大小、趋势；这时加大给水量。在相同的时间内增大的蒸汽量与增大的给水量相同,则可维持水位不变！过程控制：复杂控制系统.补偿原理Fall2010SchoolofInformationScienceandEngineeringHarbinInstituteofTechnologyatWeihaiHITWH2020年1月12日星期日10:59No.17前馈与反馈之区别前述做法中，当输出的蒸汽量与给水量相同时，水位即维持不变它与反馈控制之不同在于：蒸汽量增大系扰动，当扰动出现时系统立即工作；而反馈控制是根据扰动产生了后果(即水位下降)之后，才启动控制系统工作的二者区别扰动→系统立即工作……..前馈扰动→产生偏差→系统工作……反馈过