前馈控制系统设计与实验报告.docx

目录一、概述3二、课程设计任务及要求32.1、控制流程分析32.1.1目的32.1.2要求32.1.3说明32.1.4流程设计分析42.2、控制参数估算42.3、具体前馈控制方案设计52.4过程仪表选型112.4.1XMAF5000福光百特智能仪表112.4.2 电磁流量计112.4.3压力液位传感器132.5、进行系统仿真142.6、数据整理、绘图、制表19 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。 （3）被控对象: 双容水箱; 被控参数: 下水箱水位H; 控制参数：进入中水箱的流量Q2; 外部干扰：管路1流量Q1，变频器(U101)驱动水泵P1产生流 量变化。2.1.4流程设计分析构建一个以下液位H3为被控参数单回路反馈系统，流量Q1为主要干扰量,根据Q1、Q2分别对液位H3形成干扰通道和调节通道的关系，构成前馈补偿环节，结合反馈系统，形成前馈-反馈控制系统。为了建立前馈补偿环节模型，首先要确定控制通道和干扰通道各自对液位的一阶模型参数（包括放大系数、时间常数）。将反馈系统投入自动，放置调好的PID参数，保证其满足反馈系统的性能要求。分别设置前馈补偿系数Kff、T1和T2，逐步投运前馈的静、动态补偿功能。然后检验是否达到希望的系统要求。2.2、控制参数估算二阶对象：参数KT1T2t正向输入（70到60）-0.75118.3118.312负向输入（60到70）0.68122.5122.523正向输入（70到80）0向输入（80到70）-0.6121.5121.536平均值0.66114.3114.322.8Kff 实验H3Q1(流量1)28.133.623.326.019.6ΔH3=4.8ΔQ1=7.6Kf=ΔH3/ΔQ1=4.8/7.6=0.6316Tf=0.6316*T(ΔH3)=0.632*13=1.896Kff=Kf/Kc=0.6316/0.37=1.7(参考值为1.5){ΔH3’=3.7, ΔMV1=10}→Kc=ΔH3’/ΔMV1=3.7/10=0.37Tc=4min T1=T2=100 Kff=1.7 偏置量=53.0P=25 I=160 D=02.3、具体前馈控制方案设计①进行实验系统连线，注意其连线的意义。本实验中，控制流量进中水箱，干扰量直接进下水箱，干扰通道与调节通道不相同。启动水泵1，2，等待液位稳定。②在系统稳定后，测试干扰通道的传递函数，施加一增一减的两个阶跃干扰，获得响应曲线，并求解出Kf, T2。调节通道的参数Kc、T1在以前的实验已经获得。③将反馈控制系统投入运行，完成无扰动切换,放置上整定好的单回路控制器参数，调整设定值，使其工作在比较合适的高度。④放入前馈参数，运行前馈补偿环节，按照先静态，后动态补偿的方式，观察补偿效果，若需要可适当调整前馈补偿系系数。⑤观察系统是否能满足希望的控制质量指标(克服干扰更快、 稳定更好）实验装置图如下：实验设备连线如下图：前馈控制系统方块图如下：加法输出：AO0 =MV1+前馈MV -偏移量式中：前馈MV=-Kff* (T1S+1)/(T2S+1)*Q1Kff=Kf/Kc, T1为反馈控制通道时间常数，T2为干扰通道时间常数在本实验中，扰动通道与调节通道并不完全相同，不但放大倍数，时间 常数也不相同。在仅需要进行静态补偿时，只需使用Kff参数即可。为前馈实验专门设计的前馈补偿器及实验操作界面如下：前馈控制实验步骤：1.系统运行准备与启动1)连线:1 #控制器-反馈控制器，连下液位测量输入，但其输出不直接连线到控制阀。2#控制器，保