前馈反馈控制系统.docx

前馈—反馈复合控制系统

摘要
流量是工业生产过程中重要的被控量之一，因而流量控制的研究具有很大的现实意义。锅炉的流量控制对石油、冶金、化工等行业来说必不可少。本论文的目的是锅炉进水流量定值控制，在设计中充分利用自动化仪表技术，计算机技术，自动控制技术，以实现对水箱液位的过程控制。首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。然后，根据被控对象模型和被控过程特性并加入PID调节器设计流量控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。同时，通过对实际控制的结果进行比较，验证了过程控制对提高系统性能的作用。随着计算机控制技术的迅速发展，组态技术开始得到重视与运用,它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。

关键词：流量定值；过程控制；PID调节器；前馈控制；系统仿真

目录

一．前馈控制
1.前馈控制的定义
2.换热器前馈控制
二．前馈控制的特点及局限性
1.前馈控制的特点
2.前馈控制的局限性
三．反馈控制
1.定义
2.反馈控制的特点
四．复合控制系统特性
1.前馈-反馈复合控制原理
2.复合控制系统特点
小结
参考文献

前馈控制
1.前馈控制的定义
前馈控制（英文名称为FeedforwardControl），是按干扰进行调节的开环调节系统，在干扰发生后，被控变量未发生变化时，前馈控制器根据干扰幅值，变化趋势，对操纵变量进行调节，来补偿干扰对被控变量的影响，使被控变量保持不变的方法。

2.换热器前馈控制
在热工控制系统中，由于控对象通常存在一定的纯滞后和容积滞后，因而从干扰产生到被调量发生变化需要一定的时间。从偏差产生到调节器产生控制作用以及操纵量改变到被控量发生变化又要经过一定的时间，可见，这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定植之前，从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果，如果直接按扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就直接根据检测到的干扰大小和方法按一定规律去控制。由于干扰发生后被控量还未显示出变化之前，调节器就产生了控制作用，这在理论上就可以把偏差彻底消除。按照这种理论构成的控制系统称为前馈控制系统，显然，前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制系统及时的多。
前馈控制系统的工作原理可结合下面图1所示的换热器前馈控制进一步说明，图中虚线部分表示反馈控制系统。

图1换热器物料出口温度前馈控制流程图

换热器是用蒸汽的热量加热排管中的料液，工艺上要求料液出口温度一定。当被加热水流量发生变化时，若蒸汽量不发生变化，而要使出口温度保持不变，就必须在被加热水量发生变化的同时改变蒸汽量。这就是一个前馈控制系统。
图中虚线所示是反馈控制的方法，这种方法没有前馈控制及时。图1前馈控制系统的原理框图于图2所示。

图2前馈控制系统的一般框图
图中，：测量变送器的变送系数；
：干扰通道对象传递函数；
：控制通道对象传递函数；
：前馈控制装置或前馈调节器的传递函数。
理想的情况下，针对某种扰动的前馈控制系统能够完全补偿因扰动而引起的对被调量的影响。实现对干扰完全补偿的关键是确定前馈控制器（前馈调节器）的控制作用，显然取决于对象控制通道和干扰通道的特性。
由图2可得：
（1）
令则有：（2）
式中：是干扰引起的输出。在理想的情况下，经过前馈控制以后，被调量不变，即实现了所谓“完全补偿”，此时：

所以，前馈控制器的控制规律为：
（3）
上式说明前馈控制的控制规律完全是由对象特性决定的，它是干扰通道和控制通道传递函数之商，式中负号表示控制作用的方向与干扰作用相反。
如果和可以很准确测出，且完全和上式确定的特性一致，则不论干扰信号是怎样的形式，前馈控制都能起到完全控制的作用，使被调量因干扰而引起的动态和稳态偏差均是零。

二、前馈控制系统的特点
1.前馈控制的特点
前馈控制的特点有：前馈控制系统是开环控制系统；按干扰进行控制，控制及时，精度高；仅仅对前馈量有控制作用；前馈控制器为多用控制器；不能随时了解被控变量变化情况。

2.前馈控制的局限性
前馈控制只能抑制可测干扰对被控参数的影响。.其次,由于实际工业对象存在着多个干扰,为了补偿它们对被控变量的影响,势必要设计多个前馈通道,这就增加了投资费用和维护工作量。此外前馈控制器的数学模型是由过程动态和决定的，而和的精度模型是很难得到的，也受多种因素的限制，对象特性要受负荷和工况等因素的影响而产生漂移，必将导致干扰通道和控制通道的变化，因此一个固定的前馈模型难以获得良好的控制品质。

反馈控制
1.定义
反馈控制（英文名称为Feedbac