过程控制前馈反馈实验报告
下水箱液位前馈反馈控制系统实验
下水箱液位前馈反馈控制系统实验一、实验目的1、学习前馈-反馈控制的原理。
2、了解前馈-反馈控制的特点。
3、掌握前馈-反馈控制的设计。
二、实验设备A3000-FS/FBS现场系统，任意控制系统。
三、实验原理1、控制原理前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。
在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者抵消与被调量发生偏差之前。
因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。
但是前馈控制是开环控制。
其控制效果需要通过反馈加以检验。
前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。
如果没有反馈控制，则这种校正作用只能在稳态下补偿扰动作用。
如图6-12所示。
设法保持下水箱液位，是用两个水泵注水。
图6-12 前馈－反馈控制系统原理图如果支路一出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在第二个支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。
而不需要经过调节器。
如果没有反馈，就是开环控制，这个控制是有余差的。
增加反馈通道，使用PI 进行控制，如图6-12所示。
我们按照参考书上的内容，进行了部分简化。
前馈控制不考虑控制通道与对象通道延迟，则根据物料平衡关系，简单的前馈控制方程为：Qu=dF 。
也就是两个流量的和保持稳定。
但是有两个条件，一是准确知道第一个支路的流量，二是准确知道调节阀开度与流量对应关系1K ，如图6-13所示：图6-13 调节阀开度与流量比例关系2、测量与控制端连接表40806020调节阀FV101 AO03、实验方案被调量为调节阀，控制量是支路2流量，控制目标是下水箱液位。
首先实现前馈控制，通过测量支路1、2流量，控制调节阀，使得支路2流量变化跟踪支路1流量变化。
然后实现反馈控制，通过测量水箱液位，控制调节阀，从而把前馈控制不能修正的误差进行修正。
4、参考结果在前馈-反馈控制下的加法器系数K取不同值时的控制曲线如图6-14—6-17所示：图6-14 K=0时前馈－反馈控制曲线图6-15 K=1时前馈－反馈控制曲线图6-16 K=2时前馈－反馈控制曲线图6-17 K=3时前馈－反馈控制曲线四、实验要求1、设计前馈－反馈控制系统。
实验九 前馈-反馈调节系统
恒流器 Ⅰ
伺服放 大Ⅱ
恒流器 Ⅱ
流量计 Ⅱ
记录仪
反馈调节器 Ⅰ
前馈调节器 Ⅱ
Ⅰ
Ⅱ 切换开关
加法器
8-2
1 水龙头
2
3
4
5
6 mA 流量计 mA
手动阀 水槽 水泵 电动阀
LT1
LT2
LT3
液位Ⅰ
液位Ⅱ
液位Ⅲ
流量计Ⅰ
牛顿模 块A/D I-7017
变频器 S500
流量计Ⅱ
记录仪
主调节器Ⅰ
副调节器Ⅱ
设置U2按钮
前馈调节器 前馈调节器 δ ＝100% TI ＝∞ P控制 TD＝0 反馈调节器 δ ＝40% TI ＝120S TD＝0
反馈调节器 (P控制)
结论：对左边实验曲线进行分析可知， 本次调节器PID参数整定不合适，没 能使被控参数达到4：1衰减。
但最大偏差、余差、调节时间、衰减
比等都比单纯的单回路反馈系统、前 馈调节系统调节质量要好。
加法器
8-3
实验五、双容水箱Smith预估控制实验
安装软件
PT1×4
水槽
水槽 水泵
轮流量计
IPC工控机
Hz 变频器
电磁流量计
S007
4～20mA
1～5V
8-4
三、系统框图
恒流器Ⅰ
6.5mA
4mA
恒流器Ⅱ
前馈调节器 DTL－321
＋
干扰
水槽Ⅱ
SP + － PV
反馈调节器 DTL－321
＋
加法器 DJJ－321
8-8
五、回答思考题 1. 前馈一反馈混合调节系统同单纯的反馈调节系统相比有何优点？ 答：
实验4__2013_2_过程控制
实验四前馈控制系统一、实验目的1)通过本实验，了解前馈控制系统的基本结构及工作原理。
2)掌握前馈控制系统的设计思想和控制器的参数整定方法。
二、实验原理干扰对系统的作用是通过干扰通道进行的。
前馈控制的原理是给系统附加一个前馈通道（或称前馈控制器），使所测量的系统扰动通过前馈控制器改变控制量。
利用扰动所附加的控制量与扰动对被控制量影响的叠加消除或减小干扰的影响。
前馈控制系统主要特点如下：1) 属于开环控制只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定。
但若系统中有一个环节不稳定，或局部不稳定，系统就不稳定。
另外，系统的控制精度取决于构成控制系统的每一部分的精度，所以对系统各环节精度要求较高。
2) 很强的补偿局限性前馈控制实际是利用同一干扰源经过干扰通道和前馈通道对系统的作用的叠加来消除干扰的影响。
因此，固定的前馈控制只对相应的干扰源起作用，而对其他干扰没有影响。
而且，在工程实际中，影响生产过程的原因多种多样，系统随时间、工作状态、环境等情况的变化，也会发生变化甚至表现出非线性，这些都导致不可能精确确定某一干扰对系统影响的程度或数学描述关系式。
因此，前馈控制即使对单一干扰也难以完全补偿。
3) 前馈控制反应迅速在前馈控制系统中，信息流只向前运行，没有反馈问题，因此相应提高了系统反应的速度。
当扰动发生后，前馈控制器及时动作，对抑制被控制量由于扰动引起的动静态偏差比较有效。
这非常有利于大迟滞系统的控制。
4) 只能用于可测的干扰对不可测干扰，由于无法构造前馈控制器而不能使用。
按结构，前馈控制可分为静态前馈控制、动态前馈控制、前馈-反馈复合控制系统、前馈-串级复合控制系统等。
一个典型的前馈-反馈复合控制系统如图4-1所示。
前馈-反馈复合控制和前馈-串级复合控制系统的工程整定方法主要有两种：1) 前馈控制和反馈或串级分别整定，确定各自参数，然后组合在一起；2) 首先整定反馈控制系统或串级控制系统，然后再在反馈或串级的基础上引入前馈控制系统，并对前馈控制系统进行整定。
前馈控制系统设计与实验报告
目录一、概述 (2)二、课程设计任务及要求 (2)2.1、控制流程分析 (2)2.1.1目的 (2)2.1.2要求 (2)2.1.3说明 (3)2.1.4流程设计分析 (3)2.2、控制参数估算 (4)2.3、具体前馈控制方案设计 (5)2.4过程仪表选型 (10)2.4.1XMAF5000福光百特智能仪表 (10)2.4.2 电磁流量计········错误!未定义书签。
2.4.3压力液位传感器······错误!未定义书签。
2.5、进行系统仿真 (12)2.6、数据整理、绘图、制表 (18)2.7、总结 (21)一、概述前馈控制系统是一种依据“系统不变性”原理，按照“扰动进行调节”的开环控制系统。
既然是开环，该扰动量必须是可测而不可控的。
所以，该控制系统的作用不能抑制扰动量，只能采用特定的方法补偿扰动对被控参数造成的影响。
显然，根据扰动提前进行补偿的思想是先进的，应该说比被调参数受到扰动、造成偏差后才进行调节要更及时、有效；特别是当控制通道时间常数较大，滞后较大时。
如果补偿设计得当，可以产生很好的效果，但现场不是所有的干扰都可测，并且都可以设计出合适的补偿环节。
前馈控制器是需要用户根据要求进行设计的控制器。
二、课程设计任务及要求2.1、控制流程分析2.1.1目的构建前馈-反馈控制系统，并进行操作和运行该系统，深入理解前馈-反馈控制控制系统的结构与工作原理；了解、掌握前馈-反馈控制系统的投运及整定过程及步骤。
2.1.2要求当外部干扰发生时，通过对可测干扰的补偿，更快地克服干扰的影响，更好地保证被控参数稳定。
控制质量应好于单回路的情况。
2.1.3说明（1）前馈-反馈系统是前馈+反馈控制系统的组合。
（2）本实验中的反馈系统部分为液位单回路控制系统；前馈部分为根据扰动流量设计的补偿环节。
前馈控制仿真报告
1.静态非线性反馈控制1.1系统结构图1.2无前馈对扰动结果1.2加入稳态前馈对扰动结果1.3增益偏差后对扰动结果此处Kvm = 800不变，改变Kv，使得前馈控制器与系统有偏差蓝线——Kv = 1600，橙线——Kv = 1200，黄线——Kv = 800，紫线——Kv = 600，绿线——Kv = 4001.4非线性稳态前馈控制总结（1）对比使用和未使用两种响应，可以得知使用非线性稳态控制后系统因干扰而产生的稳态余差得以消除（2）对比同一个FFC对不同Kv下系统的响应，可以得知，若Kvm与Kv 产生偏差，则系统仍会存在余差，且Kvm>Km，则稳态值会比设定值大，反之则更小（3）有关测量值和物理量，一般非线性稳态前馈控制器的设计公式中的变量均取自物理量，而控制回路中测量变送环节得到的量为百分量或者电/气信号，故或者将所有变量全部换算至物理量，或者将增益换算至测量值情况下增益，才能设计好非线性稳态FFC2.动态前馈控制2.1FFC设计控制框图原理如下：从框图中，我们可以得知：则依据FFC设计目标，有：且由于反馈控制回路PID控制器加上了控制信号稳态值u0，故FFC无需再加上稳态值2.2动态前馈性能2.2.1前馈反馈响应的噪声问题及原因调查仅采用设计所得FFC,对RF扰动的控制效果采用前馈反馈方案对RF扰动控制效果可以看到，采用前馈反馈控制方案后，T2响应出现了波动，虽然波动的幅度很微小，但波动存在仍会导致控制阀过度使用，从而寿命降低，故应找出波动原因，进而找出方案避免。
一开始认为是引入FFC产生扰动所致，但通过调节PID控制器参数并不能消除这一影响。
进一步想到当调节FFC使得T2m响应改善后，再使用PID控制，但仍不能消除波动影响。
在此使用的改善方式是将原FFC乘以0.5的增益，得到FFC-1。
通过查看该系统进行单回路控制响应，发现PID控制仍会使响应产生波动，故排除FFC引入导致波动原因。
过程控制工程 前馈控制系统实验
前馈控制系统实验
一、实验目的
1．熟悉前馈控制器的构成及参数整定。
2．分析比较前馈控制系统与反馈控制系统的特点。
二、实验方法
根据前馈控制系统几种典型形式，确定以为前馈控制器组成静态前馈—反馈和动态前馈—反馈控制系统的实验线路(注意，这里的静态和动态是针对干扰通道和控制通道的动态特性相似——均为二阶滞后环节，及不相同——分别为一阶和二阶滞后环节)，参照K f及T l、T2的整定方法，进行系统的投运和整定。
三、实验内容
1．在静态前馈的情况下，分别采用开环及闭环整定方法，整定K f值。
2．对静态前馈—反馈控制过程与单回路反馈控制过程进行分析比较。
3．用飞升曲线法测试控制通道及干扰通道特性，并均按一阶滞后环节特性作近似计算。
4．按测试所得过程特性，整定动态前馈控制器模型，并作单纯动态前馈控制运行，得控制过程的曲线。
5．进行动态前馈—反馈控制，并得控制过程曲线，与单回路反馈及单纯动态前馈的控制过程进行分析比较。
6．在动态前馈—反馈控制运行时，改变前馈控制器参数K f及T l、T2，观察控制过程的变化情况。
7．利用实验装置，试连接组成前馈—串级控制系统。
8．整理数据，分析实验结果，写出实验报告。
PID参数优化和前馈控制
现代工程控制理论实验报告学生姓名：任课老师：学号：班级：目录实验十一PID参数优化和前馈控制 (3)1、PID参数优化 (3)1.1 实验目的 (3)1.2 PID优化方法 (3)2前馈控制 (18)2.1实验原理 (18)2.2实验步骤及内容 (20)2.3实验结论 (26)3、实验中遇到的问题 (27)3.1 PSO优化结果问题 (27)3.2如何寻找一个函数分析系统仿真过程中的扰动对系统输出的影响程度？ (30)实验十一 PID 参数优化和前馈控制本次实验分为PID 控制器的参数优化和前馈控制器分析两个部分。
1、PID 参数优化1.1 实验目的PID 控制器是控制领域中最为经典、应用最为广泛的一种控制器，但是现如今PID 参数的选择方法仍然没有一个广泛认同的标准。
本次实验通过实例讲解一种较为基本的PID 参数选择方法，以供大家参考。
1.2 PID 优化方法PID 参数选择主要分为两个部分，经验寻找和精准筛选。
1.2.1经验寻找在已知对象传递函数的条件下，寻找控制器参数的第一步的是经验寻找，即利用经验公式大致确定PID 三个参数的大致范围。
设PID 控制器的形式为1(1)p d i k T S T S++ ，确定kp 、Ti 、Td 参数的经验公式如下：（1）对于传递函数为(1)nK Ts +的系统选择PI 控制器，10.3p k nk=，0.5i T nT =。
（2）对于传函为s nke τ-（1+Ts ）的系统可以选择Zn 法选择PID 控制系数。
Zn 法的表格如下。
至于纯迟延系统PID 控制器的参数选择方法在实验十二继续阐述，在此不再累赘。
例： 针对传递函数为22（1+80s ）的对象设计PI 控制器，使系统最终能够稳定下来，且超调量小于5%，稳定时间小于500s 。
解： 根据经验公式可以大致确定一组PI 系数使系统能够稳定下来。
对应的程序如下。
得到kp=0.8333,Ti=80。
对应的控制器的传递函数为0.01040.8333s，在相应的控制器的作用下系统的输出曲线如下。
过程控制课程设计--前馈-反馈控制系统的设计与整定
过程控制课程设计--前馈-反馈控制系统的设计与整定北华航天工业学院课程设计报告（论文）设计课题：过程控制专业班级：学生姓名：指导教师：设计时间：201311.25-2013.12.06北华航天工业学院电子工程系过程控制课程设计任务书指导教师：教研室主任：2013年12月6日内容摘要自本世纪30年代以来，自动化技术获得了惊人的成就，已在工业和国民经济各行各业起着关键的作用。
自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
自动控制按输入量的变化规律分类，可分恒值控制系统（Fixed Set-Point Control System）、随动控制系统（Follow-up Control System）、过程控制系统（Process Control System）。
前馈-反馈控制系统的设计与整定，采用自动控制技术，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。
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。
关键词：自动化过程控制PID目录一概述 (1)二方案设计与论证 (2)2．1 前馈控制 (2)2．2 反馈控制 (2)2．3 前馈-反馈控制 (3)2．4前馈-反馈控制系统PID算法 (4)2．5 控制方案的论证 (5)2．5．1控制方案的可靠性 (5)2．5．2控制方案的安全性 (5)2．5．3控制方案的经济性 (5)三仪表的选择与参数的设定………………………………………………………6 3．1 设备型号 (6)3．2 调节器及其参数的设置 (7)3．3 仪器仪表的组合安装 (8)3．4 计算机的参数设置 (9)四实验步骤…………………………………………………………………………9 五实验结果………………………………………………………………………10 六结论 (11)七心得体会………………………………………………………………………12 八参考文献………………………………………………………………………13一、概述PCT—I型过程控制实验装置是基于工业过程物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置。
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过程控制工程实
验报告
实验名称：前馈-反馈控制系统
班级：
组员：
思考题：
1.前馈控制器的参数整定应按什么要求？
在整定Kff 时，反馈控制器必须具有积分作用，否则在干扰作用下无法消除被控变量的余差。
同时要求工况稳定，以避免其他干扰的影响。
整定T1和T2时，因为过补偿往往是前馈控制系统的危险之源，它会破坏控制过程，甚至达到不允许的程度，相反，欠补偿却是寻求合理的前馈参数的途径。
欠补偿的结果总比反馈过程好一些，它倾向于安全的一边，因此在动态参数整定时，应从欠补偿开始，逐步强化前馈作用，即增大T1或减小T2,直到出现过补偿的趋势再略减弱前馈作用。
2.试比较反馈控制和前馈-反馈控制在施加相同干扰时的控制效果，说明其差别并解释原因。
阶跃增加时反馈和前馈反馈比较
t/3s
%
从20到30为反馈调节，30到40为前馈反馈调节。
阶跃减小时反馈和前馈反馈比较
t/3s
%
40到30为前馈反馈调节，30到20为反馈调节。
由实验结果比较可知，前馈反馈控制比单回路反馈控制更及时，波动更小。
原因：前馈是按照干扰作用的大小进行控制的，而被控变量偏差产生的直接原因是干扰作用，因此当干扰一出现，前馈控制器就直接根据检测到的干扰，按一定的规律去进行控制。
这样，当干扰发生后，被控变量还未发生变化，前馈控制器就产生了控制作用，所以前馈反馈控制比反馈更及时。
3.试比较静态前馈补偿和动态前馈补偿的补偿效果，说明其差别并解释原因。
动态反馈补偿比静态反馈补偿更及时，补偿效果更好。
因为动态前馈补偿要求在任何时刻均实现对干扰的补偿，而静态前馈补偿只需要在稳态工况下实现对干扰量的补偿。
所以动态前馈补偿比静态前馈补偿补偿更及时，效果更好。
4.（自控专业必做）用matlab 仿真前馈-反馈控制方案。
带干扰单纯反馈时：
x 10
4
00.20.40.60.8
1
1.2
1.4
无扰动时反馈控制时的仿真
时间t/0.0125s
%
带干扰时前馈反馈仿真
由仿真可以看出，有扰动的前馈反馈与无扰动的反馈反应相同，说明前馈补偿了扰动带
x 10
4
00.511.5
有扰动时反馈控制时的仿真
时间t/0.0125s
%
来的干扰。