本科毕业设计论文--过程控制课程设计前馈反馈控制系统仿真论文
冷凝器温度前馈反馈控制系统设计与仿真
辽宁工业大学开放性实验报告题冷凝器温度前馈- 反馈控制系统设计与仿院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：2015.11.19 —2015.11.22辽宁工业大学实验室开放项目任务书2015/2016 学年第一学期注：此表用于申请教学计划外的开放项目，请如实填写，由各院（系）汇总后统办理，报实践教学科一份。
目录第1 章绪论 (1)第2章控制方案介绍 (3)2.1概述 (3)2.2控制原理 (3)2.3实验内容 (4)第3 章系统设计与仿真 (5)3.1 处理延迟环节 (5)3.2 反馈控制系统设计 (6)3.3前馈控制系统设计 (8)第4 章课程设计总结 (11)第1章绪论冷凝器(Condenser) 空调系统的机件，能将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气，大部分的汽车置于水箱前方。
把气体或蒸气转变成液体的装置。
发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝；在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和氟利昂之类的致冷蒸气。
石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。
在蒸馏过程中，把蒸气转变成液态的装置称为冷凝器。
所有的冷凝器都是把气体或蒸气的热量带走而运转的。
对某些应用来说，气体必须通过一根长长的管子(通常盘成螺线管)，以便让热量散失到四周的空气中，铜之类的导热金属常用于输送蒸气。
为提高冷凝器的效率经常在管道上附加散热片以加速散热。
散热片是用良导热金属制成的平板。
这类冷凝器一般还要用风机迫使空气经过散热片并把热带走。
一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高。
压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，从而完成制冷循环。
液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质( 水或空气) 放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。
前馈-反馈控制系统的具体分析及其MATLAB／Simulink仿真
制器参数的工程整定， 使控制系统的设计变得简单、 易行。
关键词 ： 前馈 一反馈控 制 系统 ； Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ ／ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ ； 仿真
１ 引言
随着 生产过 程工艺 的发展 及技 术 的进 步 ，对 自 动控 制系 统的要 求也越 来越 高 。工 业控 制对 象往往 伴 随大量 的干扰 ，采用 常规 的反馈 控制 系统 有时很 难获 得 良好 的控 制质量 ，为 了适应 控制 系统 中存在 的这些 干扰 ，在 控制理论 中提 出了补偿 控制 的基 本
前馈控制器的传递 函数 ； ｃ （ Ｓ ） 为控制通道的传递 节 ， 系统存 在着 稳定 性 问题 。 函数 ； Ｇ ： （ ｓ ） 为被控对象的传递函数 。在扰动量 Ｍ
（ Ｓ ） 的作 用下 ， 系统输 出为 ：
Ｙ（ ｓ ）＝Ｍ（ ｓ ） （ Ｇ ｆ （ ｓ ） Ｇ （ ｓ ） ＋ Ｇ （ Ｓ ）） Ｇ ： （ ｓ ）
Ｙ（ ｓ ） ＝ Ｘ（ ｓ ） Ｇ （ ｓ ） Ｇ （ ｓ ） Ｇ （ ｓ ） ／
（ Ｉ ＋ Ｇ （ ｓ ） Ｇ （ Ｓ ） Ｇ （ ｓ ） Ｈ（ ｓ ））
（ ２）
前 馈控 制 与反馈 控制 的 比较 ： ａ）由图 １ 可知 ， 前 馈 控 制处 于 开 环控 制 状态 ， 其 系统 的稳 定性 依赖 各个 环节 的稳 定性 ，即其 控制
ｂ ）从 式 （ １ ） 可知 ， 前 馈控 制器依 赖 于控制模 型
的准 确性 。不 同 的被控 对象 ， 其设计 结果 也不一 样 ，
相 对来 说 ， 前馈 控制 器是 专用 控制器 。 反 馈控制 系统 经常 采用 的 Ｐ Ｉ Ｄ控制 器是一 种 广泛适用 的控 制器 。
控制系统仿真课程设计.
控制系统仿真课程设计（2010级）题目控制系统仿真课程设计学院自动化专业自动化班级学号学生姓名指导教师王永忠/刘伟峰完成日期2013年7月控制系统仿真课程设计（一）——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。
1.2 设计原理锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。
汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。
汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。
常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。
影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。
图1-1 锅炉汽水系统图在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示：（1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。
因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1） （2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。
前馈控制系统设计的设计
实验名称：前馈控制系统班级：姓名：学号：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。
(完整word版)精馏塔前馈反馈控制系统
过程控制系统课程设计（论文）题目：精馏塔前馈—反馈控制系统院（系）：专业班级：学号：学生姓名：指导教师：教师职称：起止时间：课程设计（论文）任务及评语院（系）：教研室：第1章精馏塔前馈—反馈控制系统概述3第2章设计方案论证2.1 方案论证.................2.3 控制系统的构成.....................2.4 精馏塔控制变量的分析 ........2.5 精馏塔被控变量的选择 ........第3章系统硬件设计43.1控制阀的选择 (4)3.2 变送器的选择 (4)3.3控制器的确定 (5)3.4 辅助系统的确定 (5)3.5控制器参数整定 (5)第4章课程设计总结6参考文献7第1章精馏塔前馈—反馈控制系统概述精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。
精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。
精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。
精馏过程通过精馏塔、再沸器、冷凝器等设备完成，是实现混合物组分分离的主要设备。
精馏过程是一个复杂的传质传热过程。
表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂，例如，非线性、时变、关联；控制方案多样，例如，同一被控变量可以采用不同的控制方案，控制方案的适应面广等。
因此，熟悉工艺过程和内在特性，对控制系统的设计十分重要。
精馏塔的大多数前馈信号采用进料量。
当进料量来自上一工序时，除了多塔组成的塔系中可采用均匀控制或串级均匀控制外，常用于克服进料扰动影响的控制方法是采用前馈—反馈控制。
前馈控制是一种预测控制，通过对系统当前工作状态的了解，预测出下一阶段系统的运行状况。
如果与参考值有偏差，那么就提前给出控制信号，使干扰获得补偿，稳定输出，消除误差。
前馈的缺点是在使用时需要对系统有精确的了解，只有了解了系统模型才能有针对性的给出预测补偿。
基于MATLAB的前馈控制系统仿真与应用
科学技术创新2020.25工业生产过程中随着生产的进行，在被控过程中常出现大量的干扰，而生产工艺的技术和要求越来越高，对于生产中的干扰如果采用常规的反馈控制，控制通道又太长此时系统会出现超调很难获得较好的控制质量，由此提出了前馈控制的思想。
单纯的前馈控制是一种根据干扰量进行控制的开环控制，会提高控制速度。
反馈控制是根据偏差进行控制，只有等到干扰影响到输出量后且检测装置反馈到控制通道之后，经过一段时间后才能作用到被控过程，控制器采用合适的控制规律会提高控制精度但快速性会降低，在实际的工业过程中一般将前馈与反馈控制相结合，对不同的干扰采取不同的控制方案，可以同时发挥反馈控制和前馈控制的优点[1-3]。
本文围绕过程控制中的前馈控制、反馈控制及串级控制展开仿真研究。
1前馈控制的基本原理图1是前馈控制系统的框图，系统为一开环控制系统，系统的输出量与输入量相对应，在干扰作用下，输出量会偏离给定输入对应的输出量，加入前馈控制器可在干扰影响输出量的同时进行控制，因此可以克服此干扰量的影响。
前馈控制器有静态前馈补偿和动态前馈补偿两种方式，静态前馈主要对输出量的静态偏差进行调节，不能消除控制过程中的动态偏差。
图1前馈控制系统框图设前向通道的传递函数为，控制通道的传递函数为，干扰通道的传递函数为。
系统在开环输入量为6作用下的响应曲线如图2所示，经过一段过渡过程系统的稳态输出为12。
在此开环系统中加入均值为5的随机干扰系统中，系统在干扰影响下的稳态输出为16，很显然系统输出偏离了期望输出值，并且干扰量越大影响越大。
为克服干扰影响在系统中加入静态前馈控制器，其响应曲线如图2所示[4]，在静态前馈控制器的作用下，系统的稳态输出是为12，实现了给定值作用下的输出跟踪。
图2静态前馈控制系统输出为比较静态前馈与动态前馈的区别，在同样的干扰作用下，前馈控制器采取动态前馈补偿，系统的响应曲线如图3所示，图中系统无随机干扰响应曲线是一光滑曲线，动态前馈补偿响应曲线与开环系统无干扰作用下的响应曲线很接近，系统受干扰影响后在动态前馈控制作用下，响应曲线在理论响应曲线上极小范围内波动，动态补偿效果很好，而静态前馈补偿在稳态起作用，在动态过程中有偏差效果不太好，要提高动态过程的响应精度需要采取动态补偿。
毕业论文 过程控制
毕业论文过程控制过程控制是指将传感器、执行器和计算机等设备组合在一起，实现工业生产过程或其他过程中对各个环节的控制。
在这样的系统中，将被控制过程称为对象，而控制对象的状态叫做控制量，控制器根据控制量来发出指令以改变对象的状态，以达到所要求的目标。
过程控制的主要目的是自动实现生产过程的控制，并能够使生产过程实现持续、安全和高效的运行。
过程控制的实现方法：1. 反馈控制反馈控制是通过传感器实时检测被控制对象的状态，并将检测结果反馈给控制器。
控制器根据反馈信息对控制量进行调整，控制被控制对象的状态来达到预期目标。
2. 前馈控制前馈控制是一种预测控制方法，它根据被控制对象的性质、过程规律和受控参数，通过计算得到未来必须采取的控制量，以达到目标。
3. 预测控制预测控制是一种更高级的过程控制方法，它可以考虑多变量和不确定性因素，并尽可能减小误差和成本，实现系统优化控制。
过程控制系统有以下几个要素：1. 控制器控制器是过程控制系统中最核心的部分，它负责测量控制量、计算和执行控制指令等操作，最终控制被控制对象的状态。
依据控制器的不同，控制系统分为模糊控制、PID控制、神经网络控制等。
2. 传感器传感器会将被控制对象的状态转换成电气信号，用于传输和处理。
3. 执行器执行器负责控制物理运动，根据控制器发出的指令将电能转化为机械能，改变被控制对象的状态。
4. 人机界面人机界面是用于人与控制系统之间进行交互的工具，包括显示器、键盘、鼠标等。
过程控制的具体应用：1. 生产过程自动化控制在生产过程中，过程控制可以使得制造流程自动化，实现连续、高效和安全的生产，提高产量和品质，并降低成本。
2. 环境安全监测在环境监测中，过程控制可以通过传感器、控制器和执行器实时监测和调整环境参数，保障人类和自然环境的安全和健康。
3. 药剂生产和制造工业在药剂生产和制造工业中，过程控制可以自动化生产过程，确保药剂质量稳定，避免误差和批次之间的差异，提高工作效率。
前馈过程控制系统课程设计.
过程控制课程设计任务书设计目的根据设定的液位对象和其他配置,运用计算机和INTOUCH组态软件,设计监控系统,并通过调试使得水箱液位维持恒定或保持恒定或保持在一定误差范围内。
2 控制要求在工业过程控制中,实现前馈-反馈单回路控制。
前馈控制的基本概念使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,使控制变量维持在设定值上。
前馈控制器的控制规律取决于被控对象的特性,按被控对象既定控制规律;反馈控制的控制规律采用PID规律。
将前馈与反馈有效地结合,运用前馈控制在扰动发生后,抑制由主要扰动引起的被控量所产生的偏差;同时运用反馈控制,消除多种扰动对被控量的影响。
3 系统结构设计3.1 控制方案本设计通过前馈反馈控制系统实现对液位的控制。
在前馈反馈控制系统中,前馈控制属于开环控制,在设计中经过对主流量的检测,及时的针对主要扰动进行液位的偏差抑制。
当流量测量值较预定值发生波动,即时通过计算机进行PID计算,输出控制信号,进行液位调节;反馈控制属于闭环控制,通过对液位的测量,及时对液位进行调控。
反馈环节通过对液位的监测,将测量值与给定值进行比较,形成偏差后,通过A/D传输给计算机,进行预先设定的PID计算,输出控制型号,进行液位调节。
前馈反馈控制原理框图如下:图3.1 前馈反馈系统框3.2 仪表选择图3.2.1 流量传感器流量传感器采用V锥体流量计。
V锥体在流场中产生的节流效应,通过检测上下游压差来测量流量。
与普通节流件相比,它改变了节流布局,从中心孔节流改为环状节流。
实践证明,V锥形流量计与其它流量仪表相比,有长期精度高、稳定性好、受安装条件局限小、耐磨损、测量范围宽、压损小、适合脏污介质等优点。
3.2.2 过程模块采用牛顿7000系列远程数据采集模块作为计算机控制系统的数据采集通讯过程模块。
牛顿7000系列模块体积小,安装方便,可靠性高。
D/A模块采用牛顿7024,四通道模拟输入模块。
基于PLC的前馈反馈控制系统设计
综合4 基于PLC的前馈反馈控制系统设计
一、控制描述
反馈控制是按照被控参数与给定值之差进行控制的，控制器必须在被控参数出现偏差后才能对它进行调节，补偿干扰对被控参数的影响。
前馈控制方法是一种开环控制，能对主干扰进行及时地补偿，而不会影响控制系统的动态品质。
前馈－反馈控制系统中的主要扰动由前馈部分进行补偿，这种扰动能测定，其它扰动由负反馈系统来消除，这样能使系统的动态误差大大减小。
本设计下水槽液位作为主回路的被控量，流量作为前馈信号，比值器作为补偿器。
通过本设计搞清楚反馈控制、前馈控制；前馈反馈与串级控制的概念。
二、设计任务
运用所学的过程控制理论知识，根据控制要求，明确设计任务，拟定设计方案与进度计划，进行下水槽液位前馈-反馈控制系统的原理设计、硬件系统设计、控制系统设计、上位监控系统设计，提高理论知识工程应用能力、系统调试能力、分析问题与解决问题的能力。
设计的主要内容包括：
1. 控制器采用S7-200PLC；
2. 设计出系统的结构图、原理示意图、接线图等；
3. 设计出控制系统，包括控制器、PID控制算法及参数的选择；
4. 设计出系统方框图，描述各量的功能，并论述系统闭环控制原理；
5. 设计出上位监控系统，包括通讯、数据库、对象图形、数据显示、历史趋
势等；
6. 系统运行与调试，并加扰动，分析系统克服扰动的能力；
7. 主被控量稳态误差控制在3%以下；
8. 打印出系统的输出相应特性，并分析有关性能指标。
三、设计报告
课程设计报告要做到层次清晰，论述清楚，图表正确，书写工整；详见“课程设计报告写作要求”。
1
2。
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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南昌航空大学课程设计报告课程设计名称：前馈—反馈控制系统仿真课题组成员：指导老师：撰写日期：2016年12月18日星期日南昌航空大学信息工程学院自动化系二○一六年制过程控制课程设计任务书20 16－20 17 学年第一学期第 15 周－ 15 周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
引言本课程设计通过仿真实例介绍前馈-反馈控制系统的基本特点、前馈反馈控制系统的设计及前馈反馈控制系统控制器的参数整定等基础认识。
在本设计中，通过对锅炉双冲量控制系统的设计分析，说明前馈反馈控制系统的优越性能。
目录1、系统概述 (1)1.1、前馈控制系统的结构 (1)1.2、前馈控制系统的特点 (2)1.3、前馈-反馈混合控制 (3)2、前馈-反馈混合控制系统的设计 (5)2.1、锅炉汽水系统介绍 (5)2.2、汽包水位特性及其控制 (5)2.2.1、汽包水位在给水流量作用下的动态特性 (6)2.2.2、汽包水位在蒸汽流量的作用下的动态特性 (7)2.3、汽包水位控制方案 (8)3、参数整定 (10)3.1、PID参数整定 (10)3.1.1、PID各环节对系统控制的作用 (10)3.1.2、PID参数整定方法 (10)3.2、系统仿真 (11)3.2.1、系统辨识 (11)3.2.2、前馈—反馈控制系统整定 (12)3.2.3、构成反馈控制系统前向通道稳定分析 (15)3.3、simulink仿真 (15)参考文献 (17)1、系统概述1.1、前馈控制系统的结构在热工控制系统中，由于被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。
从以上分析我们可以得出如下结论：若系统中的调节器能根据干扰作用的大小和方向就对被调介质进行控制来补偿干扰对被调量的影响，则这种控制就叫做前馈控制或扰动补偿。
前馈控制系统的工作原理可结合下面图1.1 所示。
图1.1 前馈控制原理图图1.1中虚线部分为缩影入的控制部分。
G1(s)、G3(s)为干扰源至系统的干扰通道传递函数；Gd(s)为前馈调节器的传递函数；G2(s)、G3(s)为干扰源至系统输出的控制通道传递函数。
系统输出为：Y=X·G1G2G3+M(GdG2+Gf)G3 (1-1)有式（1-1）可知：M为干扰信号，只要测出M及干扰通道Gf就可以构造Gd，则：Gd=-Gf/G2 (1-2)从而消除干扰的影响。
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控制通道，使所测量的系统扰动通过前馈控制器改变控制。
利用扰动所附加的控制量与扰动对被控变量影响的叠加消除或减小干扰的影响。
1.2、前馈控制系统的特点前馈控制系统只要有以下几个特点：1）属于开环控制。
只要系统中各环节是稳定的，控制系统就必定稳定。
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系统的每一部分的精度，所以对系统的各环节精度要求较高。
2）很强的补偿局限性前馈控制系统实际是同一干扰源通过干扰通道和前馈通道对系统作用的叠加来消除干扰的影响。
因此，固定的前馈控制系统只对相应的干扰源器作用，而对其他干扰没有影响。
而且，在实际的工程应用中，影响往往是多种多样，系统随时间、工作状态、环境等变化，也会发生变化甚至使是非线性的，这些都可能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。
所以前馈控制系统即使对单一干扰也难以完全控制。
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的反应速度。
在扰动发生后，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。
这非常有利于大延迟滞系统控制。
4）只能用于可测的干扰对不可测干扰，由于不能构造前馈控制器而不能使用。
根据前馈控制的特点可以看出，前馈控制虽然调节速度快等优点，但仍然存在很大的局限性，只能对已知的、单一的干扰进行抑制，对于实际应用中的不确定干扰，并不能起到有效的作用。
所以为了使系统根据有抗干扰性和准确性，可以对系统引入反馈调节，即：前馈-反馈混合控制。
系统有两种形式。
（1）前馈-反馈复合控制方式一的工作原理图如图1.2所示图1.2 前馈-反馈复合控制系统方式一系统扰动传递函数为：Y(s)M(s)= Gf s +Gd s G1 s G2(s)1+Gc s G1 s G2(s)H(s) （1-3）而再单纯的前馈控制下，系统对扰动的传递函数为：Y(s)M(s)= Gf s +Gd s G1 s G2(s) （1-4）可见，前馈-反馈复合控制与单纯的前馈控制相比，扰动量对被控量的影响为原来的1/（ Gf s +Gd s G1 s G2(s)），扰动影响减小了，同时又增加了反馈调节能力。
前馈-反馈复合控制实现干扰全补偿的条件为：Gd s =−Gf (s)G1(s) （1-5）（2）前馈-反馈复合控制方式二的工作原理图如图1.3所示图1-3前馈-反馈复合控制方式二对图1-3所示的系统结构，输出对于干扰的传递函数Y(s)M(s)= Gf s +Gd s G1 s G2(s)1+Gc s G1 s G2(s)H(s)（1-6） 前馈-反馈复合控制实现干扰全补偿的条件为： Gd s =−Gf (s)Gc (s)G1(s) （1-7）对图1-3所示系统前馈补偿器取决于过程扰动通道、控制通道特性和反馈控制器规律。
总结：采用前馈-反馈系统对某一个或某几个系统影响显著的扰动在影响系统输出之前进行提前补偿，而对于起扰动可利用反馈控制，通过输出的变化进行偏差补偿。
前馈-反馈复合控制的两种形式，其控制性能相同。
2、前馈-反馈混合控制系统的设计2.1、锅炉汽水系统介绍如图2.1所示，经过处理后的水通过给水母管在给水调节器作用下，流经省煤器被加热后送入汽包，然后在汽包和管束系统中进行自然对流交换，汽包产生的蒸汽在上汽包中分离，从主汽管流出，在过热器中进行一步加热形成过热蒸汽后流向分汽缸，以便与工业生产以及其他用它用途。
图2.1 锅炉气泡系统图2.2、汽包水位特性及其控制汽包和蒸发管系统中储藏着蒸汽和水，储存量的多少是以被控制量水位来表征的。
汽包的流入量是给水量，流出量是蒸汽量，当给水量等于蒸汽量的时候，汽包水位就能恒定不变，引起水位变化的主要是蒸汽量的变化和给水量的变化。
如果只考虑主要扰动，则汽包水位对象的动态特性方程可以示为：（2-1）式子中，T1，T2为时间常数，TW为给水流量项时间常数，TD为蒸汽流量项时间常数，KW为给水流量项的放大系数，KD为蒸汽流量项的放大系数。
2.2.1、汽包水位在给水流量作用下的动态特性给水量是锅炉的输入量，如果蒸汽负荷不变，那么给水量发生变化的时候，汽包水位的微分方程可以表示为：（2-2）从而可以得到汽包水位在给水量的作用下的传递函数：（2-3）Tw的数值一般很小常常可以忽略不计，对于一些锅炉，在给水量增加较长时间里，汽包水位并不增加，存在较长一段时间的起始惯性。
可以用以下式子近似表示为：（2-4）由于要得出此动态数学模型必须通过现场数据采集和数据分析处理，最后可以得到锅炉汽包水位在给谁流量作用下的数学动态模型，在本次课设中，我查阅相关资料了选取了一个实例的动态数学模型：（2-5）在给水流量的阶跃输入作用下，当突然加大给水量（蒸汽量不变）是给水量大于蒸汽量，但是因为温度较低的给多水进入了水环系统，使他从原有的饱和汽水中吸取了一部分热量，汽包和汽水管路中由于热量的损失，汽包减少。
经省煤器进入汽包给水，首先必须填补由于汽水管路中蒸汽减少让出的空间，这时虽然给水量增加，但是水位还是基本保持不变。
但水面下汽包的体积变化过程逐渐平静时，汽包水位才由于储存量的增加而逐渐上升。
当水面下汽包体积不再变化，完全稳定下来时，水位就随着存水量的增加而上升。
2.2.2、汽包水位在蒸汽流量的作用下的动态特性汽包水位在蒸汽流量扰动的动态特性可以用下面式子表示：（2-6）在其它条件不变的情况下，蒸汽用量突然增加，瞬时间必然会导致汽包压力下降，汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，气泡体积增大，使汽包水位升高（水量实际上在减少）。
这种压力下降而非水量增加导致的汽包水位上升的现象成为“虚假水位”现象，图2.2给出了在蒸汽流量扰动作用下，汽包水位的阶跃响应曲线。
图2.2 蒸汽流量阶跃扰动作用下的汽包水位相应曲线当蒸汽流量D突然增加∆D时，从锅炉的物料平衡关系来看，蒸汽大于给水量，水位应下降，如图曲线∆H1，实际上，由于蒸汽流量的增加瞬时间必然导致汽包压力下降。
汽包内的沸腾突然增加，水中气泡迅速增加，由于气泡的体积增加使水位的响应曲线如图中∆H2,而实际显示的水位曲线应该是∆H为∆H2和∆H1的叠加，即∆H=∆H1+∆H2。
从图中可以看出蒸汽用量增加，在开始阶段水位不会下降反而会先上升，然后再下降，这个现象称为“虚假水位”蒸汽扰动时。
水位的变化的动态特性用传递函数表示为：（2-7）式中ξf为蒸汽流量变化的单位流量时水位的变化速度，K2为响应曲线∆H2的放大倍数，T2为响应曲线的∆H2时间常数。
造成虚假液位的原因：一是锅炉蒸汽负荷增加使炉管和汽包中汽水混合物的汽水比例发生变化（汽容积增加)而引起汽包水位上升，这是引起汽包虚假液位的主要原因。
二是蒸汽流量增加，汽包气压下降，泸水沸点下降，由于锅炉水位饱和水的汽化，是汽包水位随压力下降而升高。
虚假水位变化的大小与锅炉的工作压力和蒸发量有关。
一般蒸发量为100—230t/h的高压锅炉中，当负荷变化10%时，假水位可以达到30—40mm.所以克服虚假水位现象带来调节的误动作变得很有必要。
查阅一个实例的汽包水位在蒸汽流量作用下的动态数学模型：（2-8）2.3、汽包水位控制方案按照此次课设的方案是前馈—反馈控制系统的设计。
所以双冲量控制系统以锅炉汽包水位测量信号作为主控信号，以蒸汽流量信号作为前馈信号构成的“前馈—反馈控制系统”。