发布时间 : 星期三 文章大学毕业论文-—基于matlab的过程控制系统仿真研究更新完毕开始阅读
(5)一种前馈控制作用只能克服一种干扰。
由于前馈控制作用是按干扰进行工作的，而且整个系统是开环的，因此根据一种干扰设置的前馈控制只能克服这一干扰，而对于其他干扰，由于这个前馈控制器无法感受到也就无能为力了。 2.1.4 前馈—反馈控制系统
单纯的前馈往往不能很好的补偿干扰，存在着不少局限性，这主要表现在单纯的前馈控制不存在被控变量的反馈，既对于补偿的效果没有检验的手段，这样，在前馈作用的控制结果并没有最后消除被控变量偏差时，系统无法得到这一信息而做进一步的校正。其次，由于实际工业对象存在着多个干扰，为补偿它们对被控变量的影响，势必要设计多个前馈通道，这就增加了投资费用和维护工作量。此外，前馈控制模型的精度也受多种因素的限制，对象特性要受负荷和工况等因素的影响而产生飘逸，必导致
GPD(S)和GPC(S)的变化，因此，一个固定的前馈模型难以获得良好的控制品质。为了解决这一局限性，可以将前馈与反馈结合起来使用，构成所谓前馈—反馈控制系统。在该系统中可综合两者的优点，将反馈控制不易克服的主要干扰进行前馈控制，而对其他干扰进行反馈控制，这样，既发挥可前馈校正及时的优点，又保持了反馈控制能克服多种干扰，并对被控变量始终给予校验的优点，因而是过程控制中较有发展前途的控制方式。
利用输入或扰动信号的直接控制作用构成的开环控制系统。这类按输入或扰动的开环控制通常与包含按偏差的闭环控制共同组成反馈-前馈控制系统，称为复合控制系统。由于按偏差确定控制作用以使输出量保持其在期望值的反馈控制系统，对于滞后较大的控制对象，其反馈控制作用不能及时影响系统的输出，以致引起输出量的过大波动，直接影响控制品质。如果引起输出量较大波动的主要外扰动参量是可量测和可控制的，则可在反馈控制的同时，利用外扰信号直接控制输出（实施前
馈控制），构成复合控制能迅速有效地补偿外扰对整个系统的影响，并利于提高控制精度。这种按外扰信号实施前馈控制的方式称为扰动控制，按不变性原理，理论上可做到完全消除主扰动对系统输出的影响[2]。
2.2 通道特性对控制质量的影响
2.2.1 干扰通道特性对控制质量的影响
干扰通道放大倍数Kf越大，系统余差也越大，既控制质量越差。
干扰通道时间常数Tf越大，个数越多，或者说干扰进入系统的位置越远离被控参数而靠近调节阀，干扰对被控参数的影响就越小，系统的控制质量就越高。
干扰通道有、无纯滞后对控制质量没有影响，所不同的只是两者在影响时间上相差一个纯滞后时间?f。即当有纯滞后时，干扰对被控参数的影响要向后推迟一个纯滞后时间?f。
2.2.2 控制通道特性对控制质量的影响
(1)放大倍数K0的影响
放大倍数K0对控制质量的影响要从静态和动态两个方面进行分析。从静态方面分析，由式y(?)?Kf(1?KCK0)，似乎可以得出当Kf、KC不变时，控制通道放大倍数K0愈大，系统的余差愈小的结论。然而这是不对的。因为，对一个控制系统来说，在一定的稳定程度（即一定的衰减比）情况下，系统的开环放大倍数是一个常数，即
KC?K0?const，这样才能维持系统具有相同的稳定程度。
系统的余差与控制通道放大倍数无关。即在一定稳定性前提下，系统的控制质量与控制通道放大倍数无关。
上述结论只是对线性系统而言，而对于非线性系统，由于K0随着负荷的变化而变化，这时如欲由KC来补偿则有困难，因此，此时K0的变化将会影响系统的质量。
然而，从控制角度看，K0愈大，则表示控制参数对被控参数的影响愈大，这表示通
过对它的调节来克服干扰影响更为有效。此外，在相同衰减比情况下，K0与KC的乘积为一常数，当K0愈大时KC则愈小，而KC小则?大。?大比较容易调整。如果反过来，
?小则不易调整。因为当?小于3％时，调节器则相当于一位式调节器，已失去作为连续调节器的作用。因此，从控制的有效性及调节器参数易调整性来考虑，则希望控制通道放大倍数K0愈大愈好。
(2)时间常数T0的影响
控制通道时间常数愈大，经过的容量数愈多，系统的工作频率将愈低，控制愈不及时，过渡过程时间也愈长，系统的质量愈低。随着控制通道时间常数的减小，系统工作频率会提高，控制就较为及时，过渡过程也会缩短，控制质量将获得提高。然而也不是控制通道时间常数愈小愈好。因为时间常数太小，系统工作过于频繁，系统将变得过于灵敏，反而会使系统的稳定性下降，系统质量会变差。大多数流量控制系统的流量记录曲线波动得都比较厉害，就是由于流量对象时间常数比较小的缘故。
(3)纯滞后τ
0和容量滞后τc的影响
0和容量滞后τc两种。它们对控制质量的影响不利，
控制通道的滞后包括纯滞后τ尤其是τ
0的影响最坏。
控制通道纯滞后的存在不仅会使系统控制不及时，使动态偏差增大，而且还会使系统的稳定性降低。这是因为纯滞后的存在，使得调节器不能及时获得控制作用效果的反馈信息，会使调节器出现失控。当需要增加控制作用时会使控制作用增加得太多，而一但需要减少控制作用时则又会使控制作用减少得太过分，因此导致系统的振荡，使系统的稳定性降低。因此，控制通道纯滞后的存在，对控制质量起着很坏的影响，会严重地降低控制质量。
控制通道的容量滞后τ影响比纯滞后τ
c
c
同样会造成控制作用不及时，使控制质量下降。但是τ
c
c
的
对系统的影响缓和。另外，若引入微分作用，对于克服τ对控制质量
的影响有显著的效果。
2.3 控制器参数对系统的影响
比例系数Kp ， 作用在于加快系统的响应速度，提高系统调节精度。 越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，也就是对偏差的分辨率越高，但Kp过大，将产生超调，甚至导致系统不稳定， 取值过小，则会降低调节精度，尤其是使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态、动态特性变坏。
积分系数Ki, 作用在于消除系统的稳态误差。Ki越大，系统静态误差消除越快，但Ki过大，在响应过程的初期会产生积分饱和现象、从而引起响应过程的较大超调；若Ki过小，将使系统静态误差难以消除，影响系统的调节精度。
微分系数Kd, 作用在于改善系统的动态特性。PID控制器的微分作用环节是响应系统偏差的变化率，其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。但Kd过大，则会使响应过程过分提前制动，从而延长调节时间，而且统的抗干扰性能较差。
2.4 控制器控制规律的选择
通常，选择调节器动作规律时应根据对象特性、负荷变化、主要扰动和系统控制要求等具体情况，同时还应考虑系统的经济性以及系统投入方便等。
基本原则：
(1) 广义对象控制通道时间常数较大或容积延迟较大时，应引入微分动作。如工容许有残差，可选用比例微分动作；如工艺要求无残差时，则选用比例积分微分动作。如温度、成分、pH值控制等。
(2) 当广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化也不大，而工艺要求无残差时，可选择比例积分动作。如管道压力和流量的控制。
(3) 广义对象控制通道时间常数较小，负荷变化较小，工艺要求不高时，可选择比