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关于前馈控制设计准则

2024/3/15 2:52:36 分类:过程控制 
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表1总结了前馈控制设计准则,遵守前馈控制设计准则可确保在适当时使用前馈控制。表1中的前两项说明了前馈控制的使用条件。当然,只有当单回路控制不能提供可接受的控制性能时,才有必要进行诸如前馈控制之类的改进。第二个标准要求使用可接受的前馈变量,或者可以以合理的成本增加前馈变量。

潜在的前馈变量必须满足三个标准。首先,它必须表明发生了重大干扰。也就是说,过程干扰和被测前馈变量之间必须存在直接的、可再现的相关性,而且过程干扰必须很重要,即变化频繁并对过程变量产生重大影响,否则没有必要减弱其影响。其次,因为不使用反馈原理,前馈变量不得受操纵变量的影响。注意,该要求明确区分了用于串级控制和前馈控制的过程变量。最后,干扰动态不应快于从操纵变量到过程变量的动态。


表1  前馈控制设计准则


实施前馈控制的条件:

①单回路控制不能提供满意的控制性能。
②有前馈变量的测量值

前馈变量必须满足下列要求:

①前馈变量必须表征重要干扰的发生。
②操纵变量和前馈变量必须没有因果关系。
③前馈变量动态要比操纵变量输出动态慢(如果有反馈控制时)


这一最终要求与前馈-反馈联合控制系统有关。如果干扰对过程变量的影响非常快,前馈控制不能及时操作操纵变量,会产生偏差。因此,反馈控制器将感知偏差并进一步调整操纵变量。不幸的是,反馈控制将是对前馈控制的补充,因此,将对操纵变量进行双重修正。记住,前馈控制和反馈控制是独立的算法,双重修正会导致过程变量超调,控制性能下降。总之,当扰动动态非常快且存在PID反馈控制时,不应当使用前馈控制。当然,如果不存在反馈,则无论扰动动态如何,都可以应用前馈控制。


前馈控制和反馈控制各有所长,可以弥补彼此的不足。反馈控制的主要优点是:它将所有扰动产生的偏差减小到零。正如我们所看到的,在许多情况下,它可以提供良好的控制性能,但只能在过程变量偏离设定值后才采取纠正措施。然而当被控对象动态有问题时,反馈控制并不能提供良好的控制性能。此外,如果没有正确整定,反馈控制可能会导致不稳定。


前馈控制在过程变量受到干扰之前就起作用,并且在具有精确模型的情况下能够获得很好的控制性能。另一个优点是,在没有反馈控制的稳定系统中,尽管如果设计和整定不当,可能会导致性能下降,但前馈控制器不会导致不稳定。前馈控制的主要缺点是无法消除全部偏差。如上所述,通过将前馈与反馈相结合,前馈控制用于减少可测主要干扰的影响,而反馈控制用于补偿过程模型中的不准确、测量误差和未知干扰。
反馈控制和前馈控制对比见表2。

表2 反馈控制与前馈控制对比 
反馈控制与前馈控制对比
 


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