第五章(三) 前馈反馈控制技术(全)
《前馈反馈控制技术》PPT课件
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前面各局部讨论的控制系统，都是带有反响的闭环系 统。当被控系统受到扰动后，必须等到被控参数出现偏差， 控制器才有动作，以补偿扰动对控制参数的影响。
动态前馈控制系统 根据绝对不变性原理设计动态前馈控制器。 Dn(s)G Gn((ss))
前馈－反响控制系统 〔一〕 前馈控制的局限性
前馈控制属于开环控制。故一般不单独使用前馈控制；
完全补偿难以实现。〔1〕难以准确地掌握过程扰动通道 和控制通道Gn(s) 和G(s)的特性。有些过程对象常含有非 线性特性，在不同的工况下，动态性能参数将变化，单一 的前馈模型难以适应。〔2〕有些前馈模型Dn(s)难以实现， 只能用计算机完成。〔3〕一个扰动需要一个测量变送装 置，干扰多时，造成控制系统庞大。
根据绝对不变性原理：
Y N ((s s))D n(s)G (s)G n(s)0
由此得到前馈控制器传递函数为：
Dn(s)G Gn((ss))
也可由e不变性或稳态不变性原理来设计前馈控制器。〔略〕
静态前馈控制系统 根据稳态不变性原理设计静态前馈控制器。这种补偿 只能在稳态时实现对扰动的补偿。
D n(s)G G n((ss))Km
〔二〕 前馈－反响控制系统 流量前馈控制器
扰动的为补了偿解作决用上和述反加前热响炉馈控控制制对的偏局差限的性控，制吸作收用前u的ff馈c 优控点i 制，对可
组成前流馈量－传感反器响控制系统。温度传感器
+
第五章2 前馈-反馈控制系统PPT课件
1.静态前馈控制
所谓静态前馈控制，是指前馈调节器的输出量仅仅是其输入量的函数．与时间因 子无关。前馈调节器的控制规律具有比例特性，
其大小可根据过程扰动通道的静态放大系数和过程控制通道的静态放大系数来决定。 静态前馈控制只考虑最终稳态时的校正，所以只能使被控参数最终的静态偏差接
Kf
T1s 1 es 的微分表示形式为：
T2s 1
T2
du f (t) dt
uf
(t)
K
f
[T1
dF (t dt
)
F (t
)]
用差分方程来代替微分方程时：
Ts：采用周期。
du f (t) dt
|t kTs
u
f
(k)
dF (t dt
f
)
|t kTs
F (k
1
df ) Ts
F (k
则有：
Wf (s) K f
KdT1s T1s 1
1
T2s 1 KdT2s
1
K
f
T1s 1 T2s 1
在DDZ-Ⅲ型仪表和组装仪表中，上述前馈模型都有相应的硬件模块。为前馈-反 馈控制的广泛应用提供了方便。
Kf
T1s 1 e s 型前馈控制器 T2s 1
采用该种前馈模型的较少。
东北大学
3.数字仪表实施
/ T2 )
1
(
1 a
1)et
aT1
，这里
a
T1
T2
东北大学
当a>1，T1>T2, 前馈补偿器具有滞后性，适用于控制通道滞后小于干扰通道的场合； 当a<1，T1<T2, 前馈补偿器具有超前性，适用于控制通道滞后大于干扰通道的场合。
第五章 控制
鉴定偏差
纠偏措施的选择和实施过程中要注意的问题是： 1．使纠偏方案双重优化 第一重优化，即若要纠偏，应使纠偏的成本小于偏差 可能带来的损失。第二重优化是在此基础上，通过对 各种纠偏方案的比较，找出其中追加投入最少、成本 最小、解决偏差效果最好的方案来组织实施。 2．充分考虑原先计划实施的影响 3．注意消除组织成员对纠偏措施的疑虑
控制标准制定
影响组织工作目标实现的主要因素有： 1．环境特点及其发展趋势 制定计划中所依据的对经营环境的认识、把握的各种因 素应作为控制对象，列出“正常环境”的具体指标或标 准。 2．资源投入 3．组织活动 必须使企业员工的活动符合计划和预期结果的要求 必须建立员工的工作规范，明确各部门和各员工在各个 时期的阶段成果的标准，以便对他们的活动进行控制。
控制类型
输入
转换过程
输出
前馈控制 预防可能出现的问题
现场控制 及时纠正工作中出现的问题
反馈控制 纠正已经出现的问题
控制标准制定
一般来说，不能完全用计划目标来代替标准进行控制。组 织中的计划是各种各样的，而各种计划在详尽程度和复杂 程度上又各不相同。 需要制定专门的控制标准 一、确立控制对象 进行控制首先遇到的问题是“控制什么”，这是在决定控 制标准之前首先需要解决的问题组织活动的成果应是需要 控制的重点对象 对影响成果形成的各种要素进行分析，并把这些要素作为 控制的对象
衡量实际工作
3、建立信息反馈系统 衡量实际工作情况的目的是为管理者提供有用的信息，为 纠正偏差提供依据 建立有效的信息反馈网络，使反映实际工作情况的信息既能 迅速地收集上来，又能适时地传递给恰当的管理人员，并能 迅速地将纠偏指令下达给有关人员，使之能与预定标准相比 较，及时发现问题，并迅速地进行处置。 信息要符合以下三点基本要求 （1）信息的及时性 （2）信息 的可靠性 （3）信息的适用性。工作人员要对衡量工作所获 得的信息进行整理分析，并保证在管理者需要的时候提供尽 量精练而又能满足控制要求的全部信息。
串级、比值、前馈-反馈、选择性、分程以及三冲量六种复杂控制系统
1、串级控制系统
串级控制系统是应用最早，效果最好，使 用最广泛的一种复杂控制系统，它的特点 是两个调节器相串联，主调节器的输出作 为副调节器的设定，当对象的滞后较大， 干扰比较剧烈、频繁时，可考虑采用串级 控制系统。
1、基本概念
串级控制系统(Cascade Cont ro1System)是一 种常用的复杂控制系统，它根据系统结构
主回路(外回路)：断开副调节器的反馈回路 后的整个外回路。
副回路(内回路)：由副参数、副调节器及所 包括的一部分对象所组成的闭合回路（随
动回路)
主对象(惰性区)：主参数所处的那一部分工 艺设备，它的输入信号为副变量，输出信 号为主参数(主变量)。
副对象(导前区)：副参数所处的那一部分工 艺设备，它的输入信号为调节量，其输出 信号为副参数(副参数 将要达到危险值时，就适当降低生产要求， 让它暂时维持生产，并逐渐调整生产，使 之朝正常工况发展。能实现软限控制的控 制系统称为选择性控制系统，又称为取代 控制系统或超驰控制系统。
通常把控制回路中有选择器的控制系统称 为选择性控制(selective control)系统。选择 器实现逻辑运算，分为高选器和低选器两 类。高选器输出是其输入信号中的高信号， 低选器输出是其输入信号中的低信号。
控制系统一般又可分为简单控制系统和复 杂控制系统两大类，所谓复杂，是相对于 简单而言的。凡是多参数，具有两个以上 变送器、两个以上调节器或两个以上调节 阀组成多回路的自动控制系统，称之为复 杂控制系统。
目前常用的复杂控制系统有串级、比值、 前馈-反馈、选择性、分程以及三冲量等， 并且随着生产发展的需要和科学技术进步， 又陆续出现了许多其他新型的复杂控制系 统。
路外，使调整k时不影响控制回路稳定性。
《安全管理学》课后习题答案
安全管理学课后思考题答案第一章1.研究安全管理学有什么重要意义？2.简述安全管理及安全管理学的定义？3.简述安全管理学的研究对象及主要内容。
4.试述我国安全管理的发展历程及其未来的发展趋势。
答案：1.鉴于安全管理对预防、控制事故及促进经济发展具有不可替代的巨大作用，同时安全管理学也是一门发展中的新兴学科，所以需要我们不断认识、继承、总结并发展安全管理学的原理和方法。
只要人类掌握科学的安全管理原理与方法，充分发展并利用安全管理学这一强有力的武器，社会严峻的安全形势就会得到极大改善，重大事故的发生将会得到遏止，社会、经济的发展、稳定也必将基于更加坚固的基础之上，人民生活将更加平安、健康、快乐。
这就是研究并推广安全管理学的根本目的及意义所在。
2.安全管理的定义：安全管理是管理者对安全生产进行的计划、组织、监督、协调和控制的一系列活动。
安全管理学的定义：安全管理学是研究安全管理活动规律的一门学科。
3.安全管理的定义：安全管理是管理者对安全生产进行的计划、组织、监督、协调和控制的一系列活动。
安全管理学的定义：安全管理学是研究安全管理活动规律的一门学科。
4.我国安全管理的发展历程：建立和发展阶段、停顿和倒退阶段、恢复和提高阶段、市场经济下的高速发展阶段。
第二章1.简述典型的事故致因理论。
2.思考经典管理理论对安全管理工作的启示。
3.管理新理论对安全管理研究和实践具有哪些新作用和影响？答案：1.（1）事故因果连锁理论：海因里希因果连锁理论、博德事故因果连锁理论、亚当斯事故因果连锁理论、北川彻三事故因果连锁理论。
（2）能量意外转移理论：第一类伤害是由于转移到人体的能量超过了局部或全身性损伤阈值而产生的；第二类伤害则是由于影响局部或全身性能量交换引起的。
（3）基于人体信息处理的人失误事故模型：威格尔斯沃思模型、瑟利模型（危险出现和危险释放）、劳伦斯模型（4）动态变化理论：扰动起源事故理论、变化—失误理论（由于管理者或操作者没有适应生产过程中物的或人的因素的变化，产生了计划错误或人为失误）（5）轨迹交叉论：伤害事故是许多相互联系的事件顺序发展的结果。
华东交通大学电气学院考研复习大纲
《电路原理》考研复习大纲第一章电路模型和电路定律 （重点了解）1. 理想元件与电路模型概念，线性与非线性的概念。
2. 电压、电流及其参考方向的概念。
3. 电阻元件、电感元件、电容元件，电压源、电流源和受控源的伏安关系及功率的计算。
4. 基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律。
第二章电阻电路的等效变换1.等效与等效变换的概念（重点了解）2.电阻的串联和并联（重点了解）3. 电阻的Y形连接和Δ形连接的等效变换（一般了解）4. 电压源、电流源的串联和并联、实际电源的两种模型及其等效变换（重点了解）5. 输入电阻。
（重点了解）第三章电阻电路的一般分析（重点了解）1．支路电流法。
2．结点电压法3．网孔电流法、回路电流法。
第四章电路定理（重点了解）1．迭加定理2．戴维宁定理和诺顿定理及最大功率传输定理。
第六章一阶电路1．动态电路的方程及其初始条件。
（重点了解）2．零输入响应、零状态响应、全响应。
（重点了解）3．一阶电路全响应的三要素法。
（重点了解）4．阶跃响应和冲激响应。
（一般了解）第八章相量法1．正弦量，相量法的基础，有效值和相位差的概念。
（重点了解）2．电路定律的相量形式。
（重点了解）第九章正弦电路的稳态分析1．阻抗、导纳及阻抗（导纳）的串联和并联。
（重点了解）2．电路的相量图。
（重点了解）3．正弦稳态电路的分析。
（重点了解）4．正弦稳态电路的有功功率和功率因数的计算。
（重点了解）5．最大功率传输。
（重点了解）6．串联谐振与并联谐振。
（重点了解）第十章含耦合电感的电路1．互感、同名端、互感系数、耦合系数的概念。
（重点了解）2．含耦合电感电路的分析。
（重点了解）3．空心变压器、理想变压器。
（一般了解）第十一章三相电路1．三相电路，对称三相电路的计算。
（重点了解）2．不对称三相电路的概念。
（一般了解）3．三相电路的功率。
（重点了解）第十二章非正弦周期电流电路和信号的频谱1．有效值、平均值和平均功率。
2．非正弦周期电流电路的计算。
控制工程基础第五章——校正
三 系统常用校正方法（2）
前馈校正 （复合控制）
对输入的
对扰动的
系统校正的基本思路
系统的设计问题通常归结为适当地设计串 联或反馈校正装置。究竟是选择串联校正还是 反馈校正，这取决于系统中信号的性质、系统 中各点功率的大小、可供采用的元件、设计者 的经验以及经济条件等等。
一般来说，串联校正可能比反馈校正简单， 但是串联校正常需要附加放大器和（或）提供隔离。 串联校正装置通常安装在前向通道中能量最低的地方。 反馈校正需要的元件数目比串联校正少，因为反馈校 正时，信号是从能量较高的点传向能量较低的点，不 需要附加放大器。
显然不满足要求。
令 20lgG(j0)0 或 G0(j0) 1 可求得ω0，再求得γ。
☆ 超前校正设计的伯德图
☆ 超前校正设计⑵
☆ 超前校正设计⑶
⒊确定超前校正装置的最大超前相位角
m4 52 75 23
⒋确定校正装置的传递函数
①确定参数α ②确定ωm
1 1 s sii n n m m1 1 s sii2 2n n 3 32.28
PID 传递 函数
G c(s)U E ((s s))K PK I1 sK D s
Gc(s)KP(1T1IsTDs)
KP——比例系数；TI——积分时间常数； TD——微分时间常数
二 PID控制器各环节的作用
比例环节 积分环节 微分环节
即时成比例地反映控制系统的偏差 信号，偏差一旦产生，控制器立即产 生控制作用，以减少偏差。
为了充分利用超前装置的最大超前相位角，一般取校正后系统的
开环截止频率为 0 m 。故有 Lc(m)L(0 ' )0d B
于是可求得校正装置在ωm处的幅值为
2 lG 0 g c (jm ) 1 l0 g 1 l2 0 g .2 3 8 .5 d8 B最后得校正装置
前馈反馈控制系统
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.复合控制系统特点五．小结六．参考文献一、前馈控制1.前馈控制的定义前馈控制（英文名称为Feedforward Control），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。
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前馈反馈控制—前馈控制器设计
2014-2-26Fra bibliotek19前馈反馈控制—前馈控制器设计 传递函数为：
Dn(s) Un(s) R(s) E(s) U1(s) U(s) D(s) G(s) N(s)
Y ( s ) Gn ( s ) + Dn ( s )G ( s ) = N (s) 1 + D( s )G ( s )
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根据不变性原理设计前馈控制器
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根据不变性原理设计前馈控制器
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前馈控制的应用—前馈反馈控制 前馈控制的局限性 前馈控制属于开环控制。故一般不单独使用前馈控制； 完全补偿难以实现。（1）难以准确地掌握过程扰动通道 和控制通道Gn(s) 和G(s)的特性。有些过程对象常含有非线
性特性，在不同的工况下，动态性能参数将变化，单一的前 馈模型难以适应。（2）有些前馈控制器Dn(s)较为复杂。 （3）一个扰动需要一个测量变送装置，干扰多时，造成控 制系统庞大。
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前馈控制的应用—前馈反馈控制 为了解决上述前馈控制的局限性，吸收前馈控制对 扰动的补偿作用和反馈控制对偏差的控制作用的特点，可 组成前馈－反馈控制系统。
分析(3)：在反馈控制系统中，稳态精度与稳定性存在矛盾。 而前馈－反馈控制能在一定的程度上解决这一矛盾，提高控 制品质。
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前馈反馈控制—前馈控制器设计
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前馈控制的应用—前馈串级控制
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前馈控制的应用—前馈串级控制
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前馈反馈控制—前馈控制器设计 分析 (2)：在前馈－ 反馈控制系统中，根 据绝对不变性原理得：
R(s) E(s) D(s) Dn(s) Un(s) U1(s) U(s) G(s) N(s)
Gn(s) Y1(s) + + Y2(s) Y(s)
Y ( s ) Gn ( s ) + Dn ( s )G ( s ) = ≡0 (a) N (s) 1 + D( s )G ( s ) Gn ( s ) 这与单纯前馈控制系统时相同 ⇒ Dn ( s ) = − G (s)
第五章(二) 前馈反馈控制技术
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主要内容： 反馈控制和前馈控制的特点 不变性原理与前馈控制器设计 前馈反馈和前馈串级控制方案 数字前馈控制器算法的设计
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前言 前面各部分讨论的控制系统，都是带有反馈的闭环系 统。当被控系统受到扰动后，必须等到被控参数出现偏差， 控制器才有动作，以补偿扰动对控制参数的影响。 若能在扰动出现时就进行控制，而不是等到偏差发生 后再进行控制，这样就能更有效地消除扰动对被控参数的 影响。
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前馈-串级馈控制系统例子--三冲量给水控制系统
【控制过程】当系统的负载变化引起蒸汽流量G的变化时，通过前馈通道 和串级内回路的补偿控制，迅速改变给水流量，以适应蒸汽流量的变化， 减小对水位的影响。给水流量D2表示由于各种原因引起的给水流量的扰动， 该扰动主要由串级副回路进行补偿。当各种原因（包括前馈控制未能对蒸 汽流量进行完全补偿的情况）引起水位偏离设定值时，串级控制的主回路 以闭环反馈控制进行总补偿，使锅炉水位维持在设定值。
分析 (1)：在单纯的 前馈控制时，有：
Gn(s) Y1(s) + + Y2(s) Y(s)
(a)
Y (s) = Gn ( s ) + Dn ( s )G ( s ) N (s)
与上式相比，前馈－反馈控制时干扰对被控量的影响比单纯 前馈控制小 倍。 1
1 + D( s )G ( s )
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前馈控制的应用—前馈反馈控制 [例]炼油装置加热炉的前馈－反馈控制系统。图中，θ为被 控量，物料流量qF经常发生变化。因而对此干扰实行前馈 控制。当qF变化时，通过FT，FFC的信号变化，从而调节阀 门的开度，改变θ。
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前馈控制的应用—前馈反馈控制
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前馈串级控制—前馈控制器设计
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前馈串级控制—前馈控制器设计
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前馈-串级馈控制系统例子--三冲量给水控制系统 [例子]在锅炉水位控制系统中， 锅炉汽包水位控制系统的控制 目标是：保持给水流量D和蒸 汽流量G平衡，以控制水位H 为设定值H0。 [分析]锅炉给水流量D和蒸汽流量G(系统负载)的变化是引起 汽包水位H变化的主要扰动。为了控制锅炉水位H，可采用 前馈-串级控制方案。以前馈控制蒸汽流量G，以串级控制的 内回路控制给水流量D，外控制回路控制被控量H。--称为三 冲量（D,G,H）给水控制系统。
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前馈控制系统的稳定性
前馈控制是开环控制，必须要求系统中的每一个环节 要稳定。对于无自平衡能力的系统，不能单独使用前馈控 制。 事实上，只要反馈或串级控制系统的稳定的，则相应 的前馈－反馈系统或前馈－串级控制系统也是稳定的。
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前馈控制方案的选用原则
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数字前馈-反馈控制系统
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数字前馈-反馈控制系统—控制算法步骤
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数字前馈-反馈控制系统—控制算法步骤
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本节小结 • 反馈控制和前馈控制的特点 • 不变性原理与前馈控制器 • 前馈控制的几种结构形式 静态前馈控制系统 动态前馈控制系统 前馈－反馈控制系统 数字前馈－反馈控制算法 数字前馈－反馈控制算法步骤 前馈控制的选用原则 前馈－串级控制系统
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不变性原理与前馈控制器设计--不变性原理
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不变性原理与前馈控制器设计--不变性原理
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不变性原理与前馈控制器设计--不变性原理
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根据不变性原理设计前馈控制器 前馈控制器的设计依据是不变性原理。前馈控制系统 由两部分组成。当扰动发生后，通过扰动通道引起被控量 的变化。同时，前馈控制通道根据扰动的性质及大小对过 程的控制通道施加控制，使被控量发生与前者相反的变化， 以抵消扰动对被控对象的影响。
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前馈-串级馈控制系统例子--三冲量给水控制系统
根据控制方案，可画出控制系统方框图。图中，Gg(s) 、 Go(s)、 Gd(s)分别为蒸汽流量水位通道，给水流量水位通道 和给水流量反馈通道传递函数。Gc(s)、Gp2(s)、Gp1(s)分别 为前馈控制器、副控制器(给水控制器)和主控制器(水位控制 器)；Kg、Kd、Kh分别为蒸汽流量、给水流量和锅炉水位测量 装置。
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前馈控制方案的选用原则 实现前馈控制的必要条件是扰动量不可控但可测。 可测： 指扰动量可以通过测量变送器，在线地将其转换为前馈 补偿器可接受的信号。不可测的信号不能实现前馈。 不可控： 指扰动量难以通过专门的控制回路予以控制。
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数字前馈-反馈控制系统
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反馈控制和前馈控制的特点--反馈控制的特点
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反馈控制和前馈控制的特点--反馈控制的特点
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反馈控制和前馈控制的特点--反馈控制的特点
反馈控制的本质是“基于偏差来消除或抑制偏差”。如 果没有偏差出现，也就没有控制作用。 无论扰动发生在那里，总要等到引起被控量发生偏差后， 控制器才动作。故控制器的动作总是落后于扰动作用的发 生，是一种相对“不及时”的控制。
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反馈控制和前馈控制的特点—前馈控制的特点
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反馈控制和前馈控制的特点—前馈控制的特点 前馈控制器“基于扰动来抑制扰动对被控量的影响”，又 称前馈控制为“扰动补偿”。 扰动发生后，前馈控制器“及时”动作，对抑制被控量由 于扰动引起的动、静态偏差比较有效。 前馈控制属于开环控制。因此只要系统中各环节是稳定的， 则控制系统必然稳定。 一条前馈回路只对被前馈的可测而不可控的扰动有校正作 用，而对系统中的其它扰动无校正作用。 前馈控制器的控制律有时较复杂，需进行简化。