前馈控制系统的基本原理VIP专享

5 1 前馈控制系统 前馈控制系统的基本原理 前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。图2.4-1 物料出口温度 需要维持恒定，选用反馈控制系统。若考虑干扰仅是物料流量Q，则可组成图2.4-2 前馈控制方案。方案中选择加热蒸汽量sG 为操纵变量。 图2.4-1 反馈控制 图2.4-2 前馈控制 前馈控制的方块图，如图2.4-3。 系统的传递函数可表示为： )()()()()(1SGSGSGSQSQPCffPD （2.4-1） 式中)(sGPD、)(sGPC分别表示对象干扰 道和控制通道的传递函数；)(sGff为前馈控 图2.4-3 前馈控制方块图 制器的传递函数。 系统对扰动Q实现全补偿的条件是： 5 2 0)(sQ时，要求0)(s （2.4-2） 将（1-2）式代入（1-1）式，可得 )(sGff =)()(SGSGPCPD （2.4-3） 满足（1-3）式的前馈补偿装置使受控变量 不受扰动量Q变化的影响。图 2-4-4 表示了这种全补偿过程。 在 Q 阶跃干扰下，调节作用c 和干扰作用d 的响应曲线方向相反，幅值相同。所以它们的合成结果，可使 达到 图 2.4-4 前馈控制全补偿示意图 理想的控制连续地维持在恒定的设定值上。显然，这种理想的控制性能，反馈控制系统是做不到的。这是因为反馈控制是按被控变量的偏差动作的。在干扰作用下，受控变量总要经历一个偏离设定值的过渡过程。前馈控制的另一突出优点是，本身不形成闭合反馈回路，不存在闭环稳定性问题，因而也就不存在控制精度与稳定性矛盾。 1．前馈控制与反馈控制的比较 图 2.4-5 反馈控制方块图 图2.4-6 前馈控制方块图 5 3 由以上反馈控制系统与前馈控制系统方块图可知： 1)前馈是“开环”，反馈是“闭环”控制系统 从图上可以看到，表面上，两种控制系统都形成了环路，但反馈控制系统中，在环路上的任一点，沿信号线方向前行，可以回到出发点形成闭合回路，成为“闭环”控制系统 。而在前馈控制系统中，在环路上的任一点，沿信号线方向前行，不能回到出发点，不能形成闭合环路，因此称其为“开环”控制系统 。 2)前馈系统中测量干扰量，反馈系统中测量被控变量 在单纯的前馈控制系统中，不测量被控变量，而单纯的反馈控制系统中不测量干扰量。 3)前馈需要专用调节器，反馈一般只要用通用调节器 由于前馈控制的精确性和及时性取决于干扰通道和调节通道的特性，且要求较高，因此，通常每一种前馈控制...