前馈反馈复合控制课程设计.doc

淮海工学院
课程设计报告书

课程名称: 控制系统课程设计
题目: 前馈反馈复合控制设计
系(院): 电子工程学院
学期: 2014-2015-2
专业班级: 自动化121
姓名: 陶涛
学号: 2012120862
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目录
1引言
2前馈—反馈复合控制系统的概述



3 控制系统设计与要求


MATLAB的介绍

利用临界比例度法整定参数


前馈反馈系统仿真与整定


4 控制系统硬件电路设计
proteus的介绍

单片机的最小系统设计
单片机的A/D,D/A转换电路设计
显示电路设计
键盘电路设计
自动/手动切换电路与报警电路电路设计
5 控制系统软件设计
软件规划
程序流程图
6 总结
7 参考文献
8 附录—单片机控制硬件总电路图
1引言
换热器是过程控制生产中普遍使用的换热装置之一,工业介质经过换热器后一般能达到比较好的温度控制效果,为下一步工艺过程创造良好的工艺介质反应温度条件,其出口温度控制的精度,直接影响下一工艺的反应过程,因此,换热器出口温度的控制方案设计在工程控制系统设计中占有比较重要的作用。
目前,换热器控制中大多数仍采用传统的PID控制,以加热介质的流量作为调节手段,以被加热工艺介质的出口温度作为被控量构成控制系统,对于存在大的负荷干扰且对于控制品质要求较高的应用场合,多采用加入负荷干扰的前馈控
制构成前馈反馈控制系统。
2 前馈—反馈复合控制系统的概述

前馈—反馈复合控制系统:系统中既有针对主要扰动信号进行补偿的前馈控制,又存在对被调量采用反馈控制以克服其他的干扰信号,这样的系统就是前馈—反馈复合控制系统。
(1)复合控制系统是指系统中存在两种不同的控制方式,即前馈、反馈。
(2)前馈控制系统的作用是对主要的干扰信号进行补偿,可以针对主要干扰信号,设置相应的前馈控制器。
(3)引入反馈控制,是为了是系统能够克服所有的干扰信号对被调量产生的影响,除了已知的干扰信号以外,系统中还存在其他的干扰信号,这些扰动信号对系统的影响比较小,有的是我们能够考虑到的,有的我们肯本就考虑不到或是无法测量,都通过反馈控制来克服。
(4)系统中需要测量的信号既有被调量又有扰动信号。

(1)扰动信号测量变送器:对扰动信号测量并转化统一的电信号
(2)被调量测量变送器:对被调量测量并转化统一的电信号
(3)前馈控制器:对干扰信号完全补偿
(4)调节器:反馈控制调节器,对被调量进行调节 
(5)执行器和调节机构 
(6)扰动通道对象:扰动信号通过该通道对被调量产生影响 
(7)控制通道对象:调节量通过该通道对被调量进行调节
前馈—反馈复合系统的原理方框图如图2-1所示: 
图2-1简化原理图

从前馈控制角度上讲,由于增加了反馈控制,降低了对前馈控制模型精度的要求,并能对未选作前馈信号的干扰产生校正作用。而从反馈控制角度上讲,由于前馈控制的存在,对于扰动做了及时的粗调作用,大大减小了反馈控制的负担。很显然,前馈无论加在什么位置都不会构成回路,系统的特征式都保持不变,因而不会影响系统的稳定性。
3控制系统设计与要求

生产实践中,当工艺介质比较稳定的时候,单闭环调整换热器的蒸汽流量,可以实现对工艺介质的出口温度的控制,但当工艺介质进料不稳定的时候,仅用单闭环蒸汽流量的调整对换热器出口温度进行控制却达不到令人满意的程度。因此需要加入前馈控制器。
当换热器的工艺介质稳定,对加热蒸汽进行单位阶跃激励,则工艺介质出口温度测试数据如下:
t/s
0
5
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
T/
0
5
80
130
250
260
280
290
297
300
300
300
当加热蒸汽流量不变,换热器工艺介发生阶跃变化时,则工艺介质出口温度测试数据如下:
t/s
0
5
10
20
30
40
50
60
70
T/
0