本科毕业设计论文--过程控制课程设计前馈反馈控制系统仿真论文

南昌航空大学课程设计

南昌航空大学

课程设计报告

课程设计名称：前馈—反馈控制系统仿真

课题组成员：

指导老师：

撰写日期：2016年12月18日星期日

南昌航空大学信息工程学院自动化系

二○一六年制

南昌航空大学课程设计

过程控制 课程设计任务书

20 16－20 17 学年 第一 学期 第 15 周－ 15 周

题目 前馈——反馈复合控制系统仿真 内容及要求 通过在MATLAB软件上建立前馈—反馈复合控制系统的数学模型，利用反馈控制抑制其他干扰及前馈所“遗留部分干扰”。采用前馈、反馈分别整定和以反馈为基础整定前馈的方法，对控制系统进行系统辨识、控制系统整、和系统仿真等内容。 进度安排 1、讲授课程设计的要求、任务和方法，布置设计题目（0.5天）； 2、查阅资料，确定设计方案（1天）； 3、设计、实验调试并完成课程设计报告（2.5天）； 4、当场个人答辩及报告评阅（1天）。 学生姓名： 刘英俊 指导时间 2016年11月 20日至2016年11月 27日 任务下达 2016 年 11月21日 任务完成 考核方式 指导教师 指导地点：F409 2016年11月 27日 √ 2.答辩 □ 3.实际操作□ 4.其它□ 1.评阅 □ 系（部）主任 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

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引言

本课程设计通过仿真实例介绍前馈-反馈控制系统的基本特点、前馈反馈控制系统的设计及前馈反馈控制系统控制器的参数整定等基础认识。

在本设计中，通过对锅炉双冲量控制系统的设计分析，说明前馈反馈控制系统的优越性能。

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目录

1、系统概述.................................................................................................................. 1

1.1、前馈控制系统的结构................................................................................... 1 1.2、前馈控制系统的特点................................................................................... 2 1.3、前馈-反馈混合控制 ..................................................................................... 3 2、前馈-反馈混合控制系统的设计 ............................................................................ 5

2.1、锅炉汽水系统介绍....................................................................................... 5 2.2、汽包水位特性及其控制............................................................................... 5

2.2.1、汽包水位在给水流量作用下的动态特性........................................ 6 2.2.2、汽包水位在蒸汽流量的作用下的动态特性.................................... 7 2.3、汽包水位控制方案....................................................................................... 8 3、参数整定................................................................................................................ 10

3.1、PID参数整定 ............................................................................................. 10

3.1.1、PID各环节对系统控制的作用 ...................................................... 10 3.1.2、PID参数整定方法 .......................................................................... 10 3.2、系统仿真..................................................................................................... 11

3.2.1、系统辨识.......................................................................................... 11 3.2.2、前馈—反馈控制系统整定.............................................................. 12 3.2.3、构成反馈控制系统前向通道稳定分析.......................................... 15 3.3、simulink仿真.............................................................................................. 15 参考文献...................................................................................................................... 17

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1、 系统概述

1.1、前馈控制系统的结构

在热工控制系统中，由于被控对象通常存在一定的纯滞后和容积滞后，因而从干扰产生到被调量发生变化需要一定的时间。从偏差产生到调节器产生控制作用以及操纵量改变到被控量发生变化又要经过一定的时间，可见，这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰对被控量的影响克服在被控量偏离设定植之前，从而限制了这类控制系统控制质量的进一步提高。考虑到偏差产生的直接原因是干扰作用的结果，如果直接按扰动而不是按偏差进行控制，也就是说，当干扰一出现调节器就直接根据检测到的干扰大小和方法按一定规律去控制。由于干扰发生后被控量还未显示出变化之前，调节器就产生了控制作用，这在理论上就可以把偏差彻底消除。按照这种理论构成的控制系统称为前馈控制系统，显然，前馈控制对于干扰的克服要比反馈控制系统及时的多。

从以上分析我们可以得出如下结论：若系统中的调节器能根据干扰作用的大小和方向就对被调介质进行控制来补偿干扰对被调量的影响，则这种控制就叫做前馈控制或扰动补偿。

前馈控制系统的工作原理可结合下面图1.1 所示。

可测干扰MGd(s)Gf(s)给定值XG1(s)输出值YG2(s)图1.1 前馈控制原理图

G3(s)图1.1中虚线部分为缩影入的控制部分。G1(s)、G3(s)为干扰源至系统的干扰通道传递函数；Gd(s)为前馈调节器的传递函数；G2(s)、G3(s)

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