前馈控制系统习题答案
过程控制系统第五章 前馈控制系统
TC 为温度调节器；K v为温度调节阀门。
5.1 前馈控制的基本概念
b）系统框图 图5-1 换热器温度反馈控制系统
在图5-1所示的温度反馈控制系统中，当扰动（如被加热的物料流量 q、入口
温化的度，大使小1其 和或偏方蒸离向汽给产压定生力值控p制D作等20 用的，，变随通化之过）温调发度节生调阀后节的，器动将按作引照改起被变热控加流量热体偏用出差蒸口值汽温e的度流2量20发q生D2变， 从而补偿扰动对被控量 2 的影响。
2. 前馈控制只适用于克服可测不可控的扰动，而对系统中的其它扰动无抑制作 用，前馈控制具有指定性补偿的局限性。为了克服这种局限性，通常将前馈、 反馈两者结合起来，构成复合控制系统。可测不可控的主要扰动由前馈控制抑 制，其它的由闭环控制解决。
3. 前馈控制具有静态和动态两种。静态前馈控制只能对扰动的稳态响应有良好 的补偿作用，但静态前馈控制器只是一个比例调节器，实施起来十分方便。动 态前馈控制几乎每时每刻都在补偿扰动对被控量的影响，故能极大提高控制过 程的动态品质，是改善控制系统品质的有效手段，但控制器取决于被控对象的 特性，往往比较复杂，难以实施。
（1）完全补偿难以实现。
前馈控制只有在实现完全补偿的前提下，才能使系统得到良好的动态品质、
但完全补偿几乎是难以作到的，因为要准确地掌握过程扰动通道特性 Wf (s)及
控制通道特性 W0 (s) 是不容易的。故而前馈模型 Wm (s) 难以准确获得；且被控
对象常含有非线性特性，在不同的工况下其动态特性参数将产生明显的变化，
（5-3）
5.1 前馈控制的基本概念
由此，可将前馈控制器的特点归纳如下：
1）前馈控制是“基于扰动来消除扰动对被控量的影响”，故前馈控制又称为 “扰动补偿”。
管理学基础(第四版)第十章控制习题及答案
第十章控制一、单项选择题1.控制被视为组织的一项积极性要素，其理由在于控制可以帮助组织避免( ) 。
A. 变化B. 加重错误C. 组织复杂化D. 有效运作2.( ) 控制发生在实际的变化过程中。
A. 前馈B. 后馈C. 同步D. 预防3.前馈控制发生在实际变化过程( ) 。
A. 之前B. 之后C. 之中D. 之前、之中和之后4.控制过程的最后一步是( ) 。
A. 制定标准B. 评价成绩并纠偏C. 用标准衡量成绩D. 质量控制5.用标准衡量成绩的过程中，( ) 对纠正偏差无丝毫意义。
A. 改变标准B. 全力运用反馈控制C. 保持现状D.A 和c6.某教授讲到管理控制部分时，要求学员做一项练习。
教授说：“大家都受过高等教育，对大学的情况比较了解，你们是否知道目前大学管理部门都是从哪些力一面控制教师的？每人只要说一个方面即可。
”学员们发言踊跃，有的说要检查教师的教案更新情况，有的说要检查教师发表论文的数量和质量，有的说要检查教师所教授的学生的成绩⋯⋯。
学员边说，教授边记，很快黑板被写满了。
面对如此多的控制标准，教授问学员：“现在，有谁愿意当老师，请举手。
”大家盯着黑板，长时间没有举手。
造成上述控制标准过多现象的原因是什么？ ( )。
A．没有明确或忽视了控制的日的B ．没有选择好关键控制点C.管理人员希望控制全局的欲望 D ．人们看待和分析问题的角度不同7.可以克服对于控制的抵制行为的技术是( ) 。
A. 目标管理B. 会计C. 现状分析D. 计算机管理8.前馈控制又称为( )。
A．同步控制B. 预防控制C ．反馈控制D ．实时控制9.以正在进行的计划实施过程为控制重点的控制工作是( )。
A. 前馈控制B. 反馈控制C. 现场控制D. 计划控制10.有效管理的( )使系统得以及时地对环境变化作出反应。
A. 准确性B. 灵活性C. 及时性D. 经济性11. 控制最基本的目的在于（）。
A. 寻找错误B. 衡量雇员绩效C. 确保行为依循计划发展D. 使人们失去自由12．在偏差出现前就预先采取措施“防患于未来”，这种行为属于：（）。
第8-6章前馈控制系统
+ Y=T2
例：加热炉出口温度前馈－串级控制系统
原油
燃料
8.6.3 前馈控制系统的应用场合
1）干扰幅值大而频繁、对被控变量影响剧烈，仅采用反馈 控制达不到要求的对象。 2）主要干扰是可测而不可控的变量。 3）当对象的控制通道的惯性和滞后大，反馈控制不及时， 控制质量差时，可引入前馈控制。
4）当工艺上要求实现变量间的某种特殊的关系，而需要通 过建立数学模型来实现控制时，可以引入前馈控制。
过程控制
8. 6 前馈控制系统
6.2前馈控制
8.6.1 概述 8.6.2 前馈控制系统的结构 8.6.3 前馈控制系统的应用场合
8.6.1 概述
反馈控制特点（例：换热器温度控制系统）
蒸汽
Q1：冷物料流量 pD ：蒸汽压力
TC
pD , Q2 Q1，T1 T2 给定值 偏差
T1：冷物料温度 T2：热物料温度
换热器温度前馈-反馈控制系统
前馈控制器的传递函数：
W
ff
(S )
W PD ( S ) W PC ( S )
前馈反馈控制系统实现完 全补偿与开环前馈比较前 馈控制器传函相同。
Q1 前馈-反馈控制原理方块图
Wff(S)
+
WPD(S) WPC(S)
+ T 2
T1i
-
WC(S)
前馈-反馈控制方框图
前馈-反馈控制系统优点： 1、只需对主要的干扰进行前馈补偿，其它 干扰可由反馈控制予以校正； 2、反馈回路的存在，降低了前馈控制模型 的精度要求，为工程上实现比较简单的通用 模型创造了条件； 3、负荷变化时，模型特性也要变化，可由 反馈控制加以补偿，因此具有一定自适应能 力。
过程控制工程模拟考试题含答案
过程控制工程模拟考试题含答案一、单选题（共80题，每题1分，共80分）1、蒸汽锅炉的自动控制过程中的“冲量”是( )。
A、控制变量的信号B、引入系统的测量信号C、扰动量信号D、调节变量的信号正确答案：B2、串级调节系统中一步整定法是按( )整定调节器参数。
A、经验法B、衰减曲线法C、反应曲线法D、临界比例度法正确答案：A3、串级调节系统中，主变量是( )。
A、工艺控制指标B、副干扰量C、主干扰量D、工艺随动指标正确答案：A4、前馈控制是一种( )控制，是按干扰大小进行补偿的控制，因此它的控制规律不是常规的PID规律，而是一个专用控制器。
A、开环B、闭环C、双闭环D、定值正确答案：A5、串级调节系统中，主.副参数要求都不高时，主.副调节器的调节规律应选( )。
A、主调节器P.副调节器PB、主调节器PI或PIC、主调节器PI.副调节器PID、副调节器PE、主调节器P.副调节器PI正确答案：D6、对于选择性控制系统，下列说法哪一个不正确( )A、选择性控制系统是对生产过程进行安全软限控制。
B、在生产过程要发生危险时选择性控制系统可以采取联锁动作，使生产硬性停车。
C、选择性控制系统可以有两个控制回路，其中一个控制回路工作，另一个控制回路处于开环状态。
D、选择性控制系统用选择器进行控制。
正确答案：B7、单纯的前馈控制是一种能对( )进行补偿的控制系统。
A、被控变量的变化B、测量与设定值之间的偏差C、控制信号的变化D、干扰量的变化正确答案：D8、定值控制系统是按( )进行控制的。
A、给定值与测量值的偏差B、干扰量的大小C、被控变量的大小D、给定值的大小正确答案：C9、下列控制系统中，( )是开环控制系统。
A、随动控制系统B、定值控制系统C、前馈控制系统D、程序控制系统正确答案：C10、前馈环节参数整定( )调节系统的稳定性。
A、影响B、不影响C、能降低D、提高正确答案：B11、选择性控制系统产生积分饱和的原因是( )A、积分时间选择不当B、其中一个控制器开环C、两个控制器均开环D、两个控制器均闭环正确答案：B12、为避免出现“气蚀”.“气缚”现象，离心泵工作时，控制阀一般不允许安装在其( )管道上A、出口B、旁路C、进口D、回流正确答案：C13、下列关于阀门定位器作用描述正确的是( ) ①改变阀门流量特性②改变介质流动方向③实现分程控制④延长阀门使用寿命A、②③④B、①②C、③④D、①③正确答案：D14、主调节器控制严格，副调节器要求不高允许有较大波动时，主.副调节器的调节规律应选( )。
5.前馈控制系统-过程控制(自动化)
蒸汽 HV, RV 工艺介 质
稳态工作点：T1=20℃， RF=10 T/hr，RV=2T/hr， Kv=800，T2=180℃。 假设：T2温度测量变送的量 程为100-300℃，RV和RF的 量程分别为0 ~ 5 T/hr和0 ~ 25 T/hr。
cp, RF , T1 冷凝液
T2
换热器的线性前馈控制
结论
引入前馈控制的可能应用场合：
常规反馈控制系统难以满足要求； 干扰可测。 主要被控量不可测
应用前馈控制的前提条件：
主要干扰可测； 调节阀与被测干扰之间没有因果关系； 干扰通道的响应速度比控制通道慢，至少应接近； 干扰通道与控制通道的动态特性变化不大。
副变量需要满足：
快速反应主要干扰的影响 干扰对副、主变量的影响具有因果关系 调节阀对副、主变量的影响具有因果关系
NO!
无法采用串级控制！
换热器的前馈控制方案
蒸汽 FF
HV, RV
工艺 介质
RF
cp, RF , T1
凝液
T2
前馈控制的思想
D1 前馈 控制器 对象 y Dn
u
D1，……，Dn为 可测扰动；u，y 分别为被控对象 的操作变量与受 控变量。
换热器反馈控制系统举例
(参见模型…/FFControl/ExHeaterPID.mdl)
换热器前馈反馈控制系统 1
(参见模型…/FFControl/ExHeaterFFC_PID1.mdl)
换热器前馈反馈控制系统 2
(参见模型…/FFControl/ExHeaterFFC_PID2.mdl)
前馈＋反馈控制的仿真
6.3s 1 % GFF ( s) 0.975 exp 0.3s 3s 1 %
《自动化仪表和过程掌控》练习题与参考的答案
《自动化仪表与过程控制》练习题及参考答案、填空题1、过程控制系统一般由控制器执行器被控过程和测量变送等环节组成。
2、仪表的精度等级又称准确度级，通常用引用误差 作为判断仪表精度等级的尺度。
3、过程控制系统动态质量指标主要有衰减比n、超调量C和过渡过程时间t s ；静态质量指标有稳态误差eSS 。
4、真值是指被测变量本身所具有的真实值，在计算误差时，一般用或相对真值约定真值来代替。
5、根据使用的能源不同，调节阀可分为气动调节阀动调节阀三大电动调节阀和—液类。
&过程数学模型的求取方法一般有机理建模试验建模和混合建模。
7、积分作用的优点是可消除稳态误差（余差），但引入积分作用会使系统稳定性下降。
8、在工业生产中常见的比值控制系统可分为和变比值控制三种。
并联在被控过程上，使其对过程中的纯滞后进行补偿。
10、随着控制通道的增益K 。
的增加，控制作用增强，克服干扰的能力最系统的余差减小，最大偏差减小。
口、从理论上讲，干扰通道存在纯滞后，不影响系统的控制质量。
12、建立过程对象模型的方法有机理建模和系统辨识与参数估计 13、控制系统对检测变送环节的基本要求是准确、讯速和可靠。
14、控制阀的选择包括结构材质的选择、□径的选择、流量特性的选择吊正反作用的选择。
15、防积分饱和的措施有对控制器的输出限幅、限制控制器积分部分的输出和积分切除法。
16、如果对象扰动通道增益K f 增加，扰动作用增强，系统的余差增大，最大偏差增大。
17、在离心泵的控制方案中，机械效率最差的是通过旁路控制。
二、名词解释题】、衰减比答：衰减比n定义为:n=——B2衰减比是衡量系统过渡过程稳定性的一个动态指标。
为保证系统足够的稳定程度，一般取衰减比为4:110:1。
2、自衡过程答：当扰动发生后，无须外加任何控制作用，过程能够自发地趋于新的平衡状态的性质称为自衡性。
称该类被控过程为自衡过程。
单闭环比值控制值控制双闭环比 9、Smith预估补偿原理是预先估计出被控过程的数学模型，然后将预估器3、分布式控制系统答：分布式控制系统DCS，又称为集散控制系统，一种操作显示集中、控制功能分散、采用分级分层体系结构、局部网络通信的计算机综合控制系统。
前馈控制系统补充作业答案
2、 如图 4 所示液位控制系统， （1） 分析影响液位H1的因素有哪些。 （2） 设通过调节阀控制流量Q1作为控制变量，而主要的扰动量为入口流量Q2，设计 如前馈——反馈控制方案，画出设备连接图和方框图。 （3） 如果仪表采用 4~20mA标准信号， 液位传感器的量程为 0～500mm， 流量传感器 3 流量传感器经开方器。 经测试， 在入口调节阀开度从 30% 的量程为 0～120m /h， 变化至 40%时，液位从 150mm变化至 180mm；且时间常数为T = 50s，迟延时 间为τ = 10s。入口流量Q2从 60 m3/h变化至 65m3/h时，液位从 180mm变化至 195mm，且时间常数为T = 45s，迟延时间为τ = 15s。确定反馈控制器的控制规 律，并整定反馈控制器参数。 （4） 利用上述参数求前馈补偿器的传函。
20 − 4( mA) 16 = mA /( m 3 / h) 3 120 − 0(m / h) 120
液位测量变送器 K mL =
流量测量变送器 K mF =
180 − 150 −10 s e 3e −10 s 水箱液位控制通道 G p ( s ) = 40 − 30 = 50 s + 1 50 s + 1 195 − 180 −15 s e 3e −15 s Q2 对液位的扰动通道 G d ( s ) = 65 − 60 = 45s + 1 45s + 1
1、 如图所示为用蒸汽加热的贮槽加热器。进料量为Q1，其初温为T1；出料量为Q2，温度为 T。生产工艺要求贮槽中的物料温度需维持在某一值T上，当进料量Q1不变，而初温波动 T1较大时，试设计一前馈——反馈控制系统，画出设备连接图和方框图。若扰动通道传 递函数用Kd、Td和τd模型表示，控制通道传递函数用Kp、Tp和τp模型来表示，变送器和 ，试求前馈控制器的传递函数， 。 执行器均用比例环节来近似（用Km、Kv表示）
热工自动控制练习题(含参考答案)
热工自动控制练习题（含参考答案）一、单选题（共40题，每题1分，共40分）1、衰减振荡过程中，到达第一个峰值，所用时间叫(____)。
A、调节时间B、超调量C、上升时间D、峰值时间正确答案：D2、(____)是描述系统控制过渡过程进行快慢的指标。
A、调整时间B、上升时间C、峰值时间D、衰减时间正确答案：A3、串级三冲量给水控制系统维持汽包水位无静态偏差是靠（）来实现的A、副回路B、副控制器C、内回路D、主控制器正确答案：D4、三冲量给水自动控制系统中，给水量的扰动属于系统的（）。
A、内扰B、控制量C、外扰D、不确定正确答案：A5、被调量变化时刻落后于扰动发生时刻的现象称为对象的（）。
A、输出迟延B、信号迟延C、传输迟延D、不确定正确答案：C6、双闭环比值控制系统两个控制器均应选（）控制规律。
A、PB、PIC、PIDD、PD正确答案：B7、输入量变化，引起环节(____)发生变化。
A、扰动B、输出量C、测量值D、被调量正确答案：B8、采用烟气挡板控制再热汽温的控制系统中，主蒸汽流量作为（）信号。
A、前馈B、反馈C、极限值D、给定值正确答案：A9、系统频率特性和传递函数的关系为(____)。
A、频率特性与传递函数没有关系B、频率特性可以用图形表示，传递函数不能用图形表示C、传递函数的复变量s用jω代替后，就是相应的频率特性D、二者完全是一样的正确答案：C10、单闭环比值控制和双闭环比值控制是实现（）物料流量间的定比值控制A、多种B、三种C、两种D、以上都不对正确答案：C11、二阶欠阻尼系统的性能指标中只与阻尼比有关的是(____)。
A、调整时间B、峰值时间C、上升时间D、最大超调量正确答案：D12、电容两端电压为输入信号，电流为输出信号，则此环节为(____)环节。
A、比例B、惯性C、微分D、积分正确答案：C13、在无自平衡的单容对象中，其特征参数是由（）决定的。
A、不确定B、自平衡率C、阻力系数D、容量系数正确答案：D14、在动态过程中，利用前馈控制有效地减少被调量的（）。
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前馈控制系统习题答案
前馈控制系统习题答案
前馈控制系统是控制工程中的一种重要控制策略，它通过提前预测被控对象的输出，并根据预测结果进行调整，以实现对系统的精确控制。
在学习过程中，我们常常会遇到一些前馈控制系统的习题，下面就让我们来一起探讨一些常见习题的答案。
1. 问题描述：一个前馈控制系统具有如下传递函数：G(s) = 2/(s+1)，输入信号为单位阶跃信号。
求系统的稳态误差。
解答：对于单位阶跃信号，其拉普拉斯变换为1/s。
将输入信号代入传递函数，得到输出信号的拉普拉斯变换为2/(s(s+1))。
稳态误差可以通过求解系统的开环传递函数来计算。
开环传递函数为G(s) = 2/(s+1)。
将s=0代入开环传递函数，得到开环传递函数在s=0处的值为2。
因此，稳态误差为1/2。
2. 问题描述：一个前馈控制系统具有如下传递函数：G(s) = 5/(s+2)，输入信号为正弦信号。
求系统的稳态误差。
解答：对于正弦信号，其拉普拉斯变换为ω/(s^2 + ω^2)，其中ω为正弦信号的频率。
将输入信号代入传递函数，得到输出信号的拉普拉斯变换为5ω/(s^2 + ω^2)(s+2)。
稳态误差同样可以通过求解系统的开环传递函数来计算。
开环传递函数为G(s) = 5/(s+2)。
将s=0代入开环传递函数，得到开环传递函数在s=0处的值为5/2。
因此，稳态误差为2/5。
3. 问题描述：一个前馈控制系统具有如下传递函数：G(s) = 10/(s^2 + 5s + 6)，输入信号为单位斜坡信号。
求系统的稳态误差。
解答：对于单位斜坡信号，其拉普拉斯变换为1/s^2。
将输入信号代入传递函
数，得到输出信号的拉普拉斯变换为10/(s^2 + 5s + 6)(s^2)。
稳态误差同样可
以通过求解系统的开环传递函数来计算。
开环传递函数为G(s) = 10/(s^2 + 5s + 6)。
将s=0代入开环传递函数，得到开环传递函数在s=0处的值为10/6。
因此，稳态误差为3/5。
通过以上习题的解答，我们可以看出，在前馈控制系统中，稳态误差与开环传
递函数在s=0处的值有关。
对于单位阶跃信号，稳态误差为1/开环传递函数在
s=0处的值。
对于正弦信号，稳态误差为2/开环传递函数在s=0处的值。
对于
单位斜坡信号，稳态误差为3/开环传递函数在s=0处的值。
除了上述习题，前馈控制系统还有许多其他类型的习题，如根据给定的传递函
数求系统的稳定性、根据给定的传递函数求系统的阶跃响应等等。
通过不断的
练习和思考，我们可以更好地理解和掌握前馈控制系统的原理和方法。
总之，前馈控制系统习题的答案涉及到传递函数、稳态误差等概念和计算方法。
通过解答这些习题，我们可以加深对前馈控制系统的理解，并提高自己的控制
工程能力。
希望以上答案能对大家的学习有所帮助。