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过程自动化控制的发展和理论详解(篇5)

更新时间:2021-04-06 09:17

简要描述:

自动控制的科普综述文章少之又少,这一篇是难得好文章,语言精致,生动有趣,把自动控制的发展过程及精髓用非常通俗的语言描述了出来,其中不乏精彩的比喻,对于自动控制人员来说实在是不可多得的宝贵资料。 ...

详细介绍

原文标题:过程自动化控制的发展和理论详解(篇5)


过程自动化控制的发展和理论详解(篇5)




【按语】自动控制的科普综述文章少之又少,这一篇是难得好文章,语言精致,生动有趣,把自动控制的发展过程及精髓用非常通俗的语言描述了出来,其中不乏精彩的比喻,对于自动控制人员来说实在是不可多得的宝贵资料。

 
  文章虽然长一些,但非常值得静下心来好好读一读。由于原文有35000字,数十页之长,所以本站编辑根据文章内容,将之分解为“过程控制理论”,“现代控制理论”、“系统辨识”、“工程控制算法”四篇,供读者阅读学习。本文是第一篇:过程控制理论。

【本文主要内容】

前馈控制(feed-forward control)(一)

本文字数:1480字,阅读大概需要5分钟;

     前馈控制(feed-forward control)(一)

  
       如果主要扰动在回路以外,但是可以预知,那就要用另一个办法,就是马鹿前面说到的前馈了。还是用洗热水澡的例子。如果冷水管和同一个水房的抽水马桶功用,你在洗澡,别人一抽水,那你就变煮熟的龙虾了(本想说猴子 PP的,但是那个不雅,我们要五讲四美不是?)。这个时候,要使那个人在抽水的同时告诉你一声,你算好 时间,算好量,猛减热水,那温度还是可以大体不变的。这就是所谓前馈控制(feed-forward control)

       前馈控制有两个要紧的东西:

       一是定量的扰动对被控变量的影响,也就是所谓前馈增益;二是扰动的动态,别人抽水到洗澡龙头的水温变热,这里面有一个过程,不是立时三刻的。如果可以精确知道这两样东西,那前馈补偿可以把可测扰动完全补偿掉。但实际上没有精确知道的事情,要是指望前馈来完全补 偿,弄巧成拙是肯定的。所以前馈通常和反馈一起用,也就是在 PID 回路上再加一个前馈。一般也只用静态前馈,也就是只补偿扰动对被控变量的静态影响,而忽 略扰动的动态因素,主要是为了静态前馈已经把前馈 80%的好处发掘出来了,动态前馈既复杂又不可靠,在PID 回路里很少有人用。理论上的前馈都是在 PID 的控制作用上再加一个前馈作用,实际上也可以乘一个控制作用。乘法前馈的作用太猛,我从来没有用过,一般都是用加法。在实施中,前馈是和扰动的变化(也就 是增量)成比例的,所以扰动变量不变了,前馈作用就消失,否则,整定前馈控制增益会对 PID主回路造成扰动。前馈增益可以根据粗略计算得到,比如说,抽水的量会造成温度下降多少、需要调整多少热水流量才能维持温度,这不难从热量平衡算出来。不想费这个事的话,也可以从历史数据中推算。一般算出来一个前馈增益后,打上 7 折甚至 5 折再用,保险一点,不要矫枉过正。

       前馈作用一般是用作辅助控制作用的,但是在特殊情况下,前馈也可以作为“预加载” (pre-loading)作为基准控制作用。比如说,在一个高压系统的启动过程中,压力可以从静止状态的常压很快地什到很高的压力。高压系统不容许阀门大幅度运动,所以控制增益都比较低,但是这样一来,启动升压过程中,压力控制的反应就十分迟缓,容易造成压力过高。这时用压缩机的转速或高压进料的流量作前馈,将压力控制阀“预先”放到大概的位置,然后再用反馈慢慢调节,就可以解决这个问题。


  文章写于2015年,作者晨枫,具有扎实的理论基础和丰富的现场经验,目前旅居加拿大,一直从事化工控制方面的工作和研究。
 
  著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

原文网址:http://www.nyujt.com//jszl/75.html

 


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