前馈控制的基本概念是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,使受控变量维持在设定值上。
图1物料出口温度需要维持恒定,选用反馈控制系统。
若考虑干扰仅是物料流量,则可组成图2前馈控制方案。方案中选择加热蒸汽量为操纵变量。
图1 反馈控制 图2 前馈控制
前馈控制的方块图,如图3。
图3 前馈控制方块图
系统的传递函数可表示为:
式中分别表示对象干扰道和控制通道的传递函数; 为前馈控制器的传递函数。
系统对扰动实现全补偿的条件是:
可得
满足(1-3)式的前馈补偿装置使受控变量不受扰动量变化的影响。图4表示了这种全补偿过程。
图4 前馈控制全补偿示意图
在阶跃干扰下,调节作用和干扰作用的响应曲线方向相反,幅值相同。所以它们的合成结果,可使达到理想的控制连续地维持在恒定的设定值上。
显然,这种理想的控制性能,反馈控制系统是做不到的。这是因为反馈控制是按被控变量的偏差动作的。在干扰作用下,受控变量总要经历一个偏离设定值的过渡过程。前馈控制的另一突出优点是,本身不形成闭合反馈回路,不存在闭环稳定性问题,因而也就不存在控制精度与稳定性矛盾。
2、前馈控制系统的主要特点:
(1)前馈控制是基于不变性原理工作的,比反馈控制及时、有效;
(2)前馈控制是属于“开环”控制系统;
(3)前馈控制使用的是视对象特性而定的“专用”控制器,又称前馈补偿装置;
(4)一种前馈作用只能克服一种干扰。
3、前馈控制的主要形式:
前馈控制的主要形式有单纯的前馈控制(又称简单前馈)和前馈一反馈控制两种。根据对干扰补偿形式的特点,又分静态前馈控制和动态前馈控制。
4、前馈控制主要应用场合:
(1)干扰幅值大而频繁,对被控变量影响剧烈,单纯反馈控制达不到要求时;
(2)主要干扰是可测不可控的变量;
(3)对象的控制通道滞后大,反馈控制不及时,控制质量差时,可采用前馈一反馈控制系统,以提高控制质量。
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