PID液位控制系统(单回路反馈)

过程控制实验报告

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一、实验要求与简介 ............................................ 错误!未定义书签。

二、控制原理 ........................................................ 错误!未定义书签。

三、实验设备详细介绍 (6)

四．实验过程调试 (15)

五．单回路控制系统 (16)

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六．课程总结 (16)

一．实验要求与简介

要求：设计液位控制系统，利用实验室过程控制设备构建单回路PID液位控制系统。了解设备的结构框架，学习对象模型建立的方法和技术、PID参数整定技术、自动化仪表选择相关技能。根据实验条件和系统配置确定实验过程性能指标。综合考虑抗干扰问题、系统稳定性问题、动态性能、稳态偏差等，对实验结果进行分析。实验目标如下：

A.了解实验设备，能够根据实物画出系统框图；

B.了解和掌握P909自动化仪表的应用场合和使用方法；

C.熟悉PID参数整定技术，在实验中正确运用，分析参数整定的作用和效果；

D.熟悉液位控制系统中各种自动化测量点、调节阀的相关技术参数；

E.实现单回路液位控制，有基本的系统调节能力。

液位的自动控制在工业生产领域应用的非常普遍，就控制系统本身而言，其含有压力传感器、计算机与采集板组成的控制器、执行器（水泵）、控制对象（水箱）等。本次实验的主要任务是了解一个完整的液位系统的组成、构成液位控制系统的各个部件的工作原理及连接方式、工业上离散控制系统的通信标准、熟悉p909仪表的操作并实现单回路液位控制，有基本的液位调节能力。

液位系统结构图：

整个系统主要有水泵、电磁阀、传感器、水箱组成。

由水泵供水，电动阀调节流速（实验系统中还含有手动调节阀）通过两个入水口进入水箱，

在通过一个出水口进入排水箱，之所以用两个入水口是考虑到进水会带来液位的波动从而给控制器的控制带来困难所以通过两个入口从底部进水，但虽然减少了液位波动但也造成了一些负面影响：入水管中的压强会随着液位的上升而变大，在实际成产中可能会导致事故。安置在系统中的传感器将系统的状态（温度，水箱液位，入水管压强）通过电流形式上传给上位机，通过控制器的计算再输出电流控制执行器，如：电动阀的开度，加热器等从而达到系统的反馈控制。

传感变送系统

传感器：压力传感器：测量液位高度用的压力传感器为集成压力传感器，通过内部电路将压力信号转化为4~20mA标准信号传送给控制器P909。传感器安装在容器的底部，传感器信号传送至P909。

二．控制原理

控制系统框图：

本系统使用的是PID控制，但PID控制器的参数与系统所处的稳态工况有关。一旦工况改变了，控制器参数的“最佳”值也就随着改变，这就意味着需要适时地整定控制器的参数。但PID 参数复杂繁琐的整定过程一直困扰着工程技术人员。因此研究PID参数整定技术具有十分重大的工程实践意义。

在实时控制中，一般要求被控过程是稳定的，对给定量的变化能够迅速跟踪，超调量要小且有一定的抗干扰能力。一般要同时满足上述要求是很困难的，但必须满足主要指标，兼顾其它方面。参数的选择可以通过实验确定，也可以通过试凑法或者经验数据法得到。PID参数的整定方法：

1用试凑法确定PID控制器参数

试凑法就是根据控制器各参数对系统性能的影响程度，边观察系统的运行，边修改参数，直到满意为止。一般情况下，增大比例系数Kp会加快系统的响应速度，有利于减少静差。但过大的比例系数会使系统有较大的超调，并产生振荡使稳定性变差。减小积分系数KI将减少积分作用，有利于减少超调使系统稳定，但系统消除静差的速度慢。增加微分系数KD有利于加快系统的响应，是超调减少，稳定性增加，但对干扰的抑制能力会减弱。在试凑时，一般可根据以上参数对控制过程的影响趋势，对参数实行先比例、后积分、再微分的步骤进行整定。

（1）比例部分整定。首先将积分系数KI和微分系数KD取零，即取消微分和积分作用，采用纯比例控制。将比例系数Kp由小到大变化，观察系统的响应，直至速度快，且有一定范围的超调为止。如果系统静差在规定范围之内，且响应曲线已满足设计要求，那么只需用纯比例调节器即可。

（2）积分部分整定。如果比例控制系统的静差达不到设计要求，这时可以加入积分作用。在整定时将积分系数KI由小逐渐增加，积分作用就逐渐增强，观察输出会发现，系统的静差会逐渐减少直至消除。反复试验几次，直到消除静差的速度满意为止。注意这时的超调量会比原来加大，应适当的降低一点比例系数KP。

（3）微分部分整定。若使用比例积分（PI）控制器经反复调整仍达不到设计要求，或不稳定，这时应加入微分作用，整定时先将微分系数KD从零逐渐增加，观察超调量和稳定性，同时相应地微调比例系数KP、积分系数KI，逐步使凑，直到满意为止。

2扩充临界比例度法

这种方法适用于有自平衡的被控对象，是模拟系统中临界比例度法的扩充。其整定步骤如下：（1）选择一个足够短的采样周期T。所谓足够段，就是采样周期小于对象的纯之后时间的1/10。

（2）让系统作纯比例控制，并逐渐缩小比例度e（e=1/KP）是系统产生临界振荡。此时的比例度和振荡周期就是临界比例度eK和临界振荡周期TK。

（3）选定控制度。所谓控制，就是以模拟调节器为基准，将系统的控制效果与模拟调节器的控制效果相比较，其笔直即控制度。

扩充临界比例度法的参数整定表。

三．设备详细介绍：

一．YMC303P型压力变送器

原理：

把压力信号传到电子设备，进而在计算机显示压力将水压这种压力的力学信号转变成电流（4-20mA）这样的电子信号压力和电压或电流大小成线性关系，一般是正比关系所以，变送器输出的电压或电流随压力增大而增大由此得出一个压力和电压或电流的关系式压力变送器的被测介质的两种压力通入高、低两压力室，低压室压力采用大气压或真空，作用在δ元件(即敏感元件)的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的信号。

压力变送器的选择：先确定系统中要确认测量压力的最大值，一般而言，需要选择一个具有比最大值还要大倍左右的压力量程的变送器。这主要是在许多系统中，尤其是水压测量

和加工处理中，有峰值和持续不规则的上下波动，这种瞬间的峰值能破坏压力传感器，持续的高压力值或稍微超出变送器的标定最大值会缩短传感器的寿命，然而，由于这样做会精度下降。于是，可以用一个缓冲器来降低压力毛刺，但这样会降低传感器的响应速度。所以在选择变送器时，要充分考虑压力范围，精度与其稳定性。

二．ZDYP-16P型电动调节阀

ZDYP超小型电动单座调节阀，由电子式执行机构和低流阻直通阀体组成。电动执行机构，采用DY-JSF 精小型电动执行器伺服放大器，它以220V交流单相电源作为驱动电源，接受标准的4-20mA DC控制信号，经伺服放大器控制，使电机带动减速器运行而产生轴向推力，使阀芯作相应移动，改变阀门的开度，达到对压力、温度、流量、液位等工艺参数的调节，从而实现自动控制的目的。伺服放大器还输出一个与执行器的位移相对应的4-20mA DC阀位反馈输出信号。

选择电动调节阀的技巧：

1.从调节系统的质量分析

K1变送器的放大系数，K2调节仪表的放大系数，K3执行机构的放大系数，K4控制阀的放大系数，K5调节对象的放大系数。很明显，系统的总放大系数K为：K=K1*K2*K3*K4*K5 K1、K2、K3、K4、K5分别为变送器、调节仪表、执行机构、控制阀、调节对象的放大系数，在负荷变动的情况下，为使调节系统仍能保持预定的品质指标；则希望总的放大系数在调节系统的整个操作范围内保持不变。通常，变送器、调节器（已整定好）和执行机构的放大系数是一个常数，但调节对象的放大系数却总是随着操作条件变化而变化，所以对象的特性往往是非线性的。因此，适当选择控制阀的特性，以阀的放大系数的变化来补偿调节对象放大系数的变化，而使系统的总放大系数保持不变或近似不变，从而提高调节系统的质量。

因此，控制阀流量特性的选择应符合：K4*K5=常数

对于放大系数随负荷的加大而变小的现象，假如选用放大系数随负荷加大而变大的等百分比特性控制阀，便能使两者相互抵消，合成的结果，使总放大系数保持不变，近似于线性。当调节对象的放大系数为线性时，则应采用直线流量特性，使总放大系数保持不变。

2. 从工艺配管情况考虑

控制阀总是与管道、设备等连在一起使用，由于系统配管情况的不同，配管阻力的存在引起控制阀上压降的变化，因此，阀的工作流量特性与阀的理想流量特性也有差异。必须根据系统特点来选择希望得到的工作特性，然后再考虑配管情况来选择相应的理想特性。

3. 从负荷变化情况分析

直线特性控制阀在小开度时流量相对变化值大，过于灵敏容易引起振荡，使阀芯、阀座极易受到破坏，在S值小，负荷变化大的场合不宜采用。等百分比控制阀的放大系数随控制阀行程增加而增加，流量相对变化值是恒定不变的，因此它对负荷波动有较强的适应性，无论在满负荷或半负荷生产时，都能很好的调节；从制造角度来看也并不困难。在生产过程中等百分比是应用最广泛的一种。

三．P909仪表

P909 智能PID控制仪表

特点：

型号sp-p909详细说明sp—p900系列50段pid可编程序控制仪，具有ai人工智能控制功能，适用于需要按一定时间规律自动改变给定值进行控制的场合，可设置任意大小的给

定值升/降斜率，从而获得斜率加热/降温或曲线加热的能力，它具有强大的可编程能力，可进一步提高控制设备的自动化程序。

1、可根据生产过程要求，按照一定的曲线进行控制，最多可分50段曲线对控制对象进行编程控制，每一段均采用pid及ai人工智能控制,使控制更为精确可靠.

2、每一段时间设定范围为1～9999分或1～9999秒.

3、利用1～50段程序的跳转功能,实现多条不同曲线的记忆与运行.

4、具有运行/暂停(run/hoid)功能,程序在运行时,时间计时,给定值按预先编排的程序曲线变化；程序在暂停状态下,时间停止时,给定值不变.

5、具有2路事件输出功能,事件输出由程序编排发生,可在程序运行中控制2路报警开关动作.以方便控制各种外部设备同步或连锁工作.

6、具有准备(rdy)与测量值启动功能,用于自动解决启动运行时的测量值与设定值的不一致而对程序产生的不确定性,以获得高效率,完整并符合用户要求的程序运行结果.

7、停机/开机事件,仪表接通电源或在运行中意外停电.可提供多种处理方案供用户选择.

8、可以在运行时查询正在运行的程序段和运行该段的剩余时间.

四．仪表接口标准RS-485

智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的，现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息化的需要，企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。最初是数据模拟信号输出简单过程量，后来仪表接口是RS232接口，这种接口可以实现点对点的通信方式，但这种方式不能实现联网功能。随后出现的RS485

解决了这个问题。

RS-485标准

RS-485是双向、半双工通信协议,允许多个驱动器和接收器挂接在总线上,其中每个驱动器都能够脱离总线。该规范满足所有RS-422的要求,而且比RS-422稳定性更强。具有更高的接收器输入阻抗和更宽的共模范围(-7V至+12V)。

接收器输入灵敏度为±200mV,这就意味着若要识别符号或间隔状态,接收端电压必须高于+200mV或低于-200mV。最小接收器输入阻抗为12k,驱动器输出电压为± (最小值)、±5V (最大值)。

驱动器能够驱动32个单位负载,即允许总线上并联32个12k的接收器。对于输入阻抗更高的接收器,一条总线上允许连接的单位负载数也较高。RS-485接收器可随意组合,连接至同一总线,但要保证这些电路的实际并联阻抗不高于32个单位负载(375)。

采用典型的24AWG双绞线时,驱动器负载阻抗的最大值为54,即32个单位负载并联2个120终端匹配电阻。RS-485已经成为POS、工业以及电信应用中的最佳选择。较宽的共模范围可实现长电缆、嘈杂环境(如工厂车间)下的数据传输。更高的接收器输入阻抗还允许总线上挂接更多器件。

四、实验过程调试

PID 参数整定

在调整PID 参数时，可以使用试凑法，根据参数对控制过程的影响趋势，对参数实行“先比例，后积分，再微分”的步骤。

首先整定比例部分，可以先将比例系数Kp 由小变大，并观察相应的系统响应，直到响应曲线超调小，反应快。如果系统没有静差，或者静差小到允许的范围内，那么只需比例调节即可。

如果比例调节的基础上系统的静差不能满足要求，则需加入积分环节。整定时首先置积分时间一较大值，并将第一步整定的比例系数Kp 减小，然后减小积分时间，使静差消除。如果动态性能也能满意，则PI 调节器即可。

若动态性能不好则需加入微分控制环节。整定时，使微分时间从0变大，并相应改变比例系数和积分时间，逐步凑试，直到满意为止。

PID 参数整定原则以及各参数影响效果

1.根据控制系统稳定运行准则，对于控制系统开环总增益（

o c K K ）来讲，当系统运行正常后，如果增大了

o K ，则应将c K 相应地减少相同倍数；反之亦然。例如，变送器量程变小时，

c K 应相应减小倍数；当执行器口径变大时，c K 相应减小等。 2.o o T /τ是广义对象的动态参数，该值越大，控制系统越不易稳定，这时，应减小c K ，以保证系统的稳定性。同时o i T τ/和o

d T τ/应合适，通常取o i T τ2=，o d T τ5.0=。

3.P 、I 、D 三者中，P 作用是最基本的控制作用。一般先按纯比例进行闭环测试，然后适当引入i T 和d T 。也可根据广义对象的时滞o τ，设置好i T 和d T ，然后调整比例增益

c K 。 4.硬尽量发挥积分作用消除余差。一般取o i T τ2=。引入积分作用后，所引入的相位滞后o τ不应超过40度。幅值比增加不超过20%，为此，c K 应比纯P 时减小约10%。

5.微分作用的引入时为了解决高阶现象的过渡阶段滞后对对象控制品质的不利影响，对于纯滞后，微分做哟无能为力。一般取o d T τ5.0=。多数情况下引入微分后，

c K 应比纯P 时增加约10%。

6.对于有高频噪声的过程，不易引入微分，否则，高频分量将被放大得很厉害，对控制不利。

7.稳定性是控制系统品质指标的前提条件。通常，可取衰减比作为稳定性指标。在整定完成后一定要确保过程控制系统的稳定性。

8.衰减比的选择，对于随动控制系统，通常衰减比n=10:1；定值控制系统常取n=4:1。

五．单回路控制系统

单回路控制框图

单回路系统简介：

单回路调节系统，一般是指用一个控制器来控制一个被控对象，即SISO（single input single output）系统。其中，控制器只接收一个测量喜好，其输出也只控制一个执行机构。单回路流量PID控制系统也是一种单回路调节系统，系统框图如上图所示。在此控制回路中，被控对象的液位是被控量。利用压力型液位感测器和调理电路对测量信号进行归一化处理，形成4~20mA的信号；PID控制器作为系统的核心，控制输出，使液位打到期望的设定值。

六．课程总结

建立更好的人机界面，更好的控制性能，更人性化的操作，未来的过程控制一定是更加的完善，不如记录历史数据、勾画历史数据曲线，控制系统集成化，实现在一个控制室实现多个参量的控制、观测监督等。生产技术的发展使得生产规模越来越大，生产速度和强度越来越高，从单一参数的局部测量逐渐发展到多参数或间接指标的检测和计算、巡回检测和数据处理;在控制方面由简单的顺序控制、单回路反馈控制逐渐发展到集中管理、相互关联的反馈控制、前馈控制和最优化控制等。单纯采用常规仪表已难于取得预期的效果，因而在仪表控制技术的基础上出现了应用电子计算机的过程控制。计算机过程控制的优点是：①能达到常规仪表控制达不到的速度和质量；②计算机具有分时操作功能，一台计算机能代替多台常规过程控制仪表；③计算机过程控制能够综合过程情况，在环境或工艺参数变化时能及时作出判断，选择优化的方案和对策；④对于大滞后和相关联多参数复杂的工艺过程，采用计算机控制可以达到仪表控制所不能得到的结果。随着计算机技术的发展未来的过程控制将更加自动化，以下是目前控制领域常用的计算机控制系统：数据采集系统在这种应用中，计算机只承担数据的采集跟处理工作，而不直接参与控制。它对生产过程各种工艺变量进行巡回检测、处理、记录及变量的超限报警，同时对这些变量进行累计分析和实时分析，得出各种趋势分析，为操作人员提供参考。直接数字控制系统计算机根据控制规律进行运算，然后将结果经过过程输出通道，作用到被控对象，从而使被控变量符合要求的性能指标。与模拟系统不同之处在于，在模拟系统中，信号的传送不需要数字化；而数字系统必须先进行模数转换，输出控制信号也必须进行数模转换，然后才能驱动执行机构。监督计算机控制系

统

这个系统根据生产过程的工况和已定的数学模型，进行优化分析计算，产生最优化设定值，送给直接数字控制系统执行。监督计算机系统承担着高级控制与管理任务，要求数据处理功能强，存储容量大等，一般采用较高档微机。分级控制系统也就是DCS系统，具体请看集散控制系统的词条。现场总线控制系统也就是FCS，是新一代分布式控制系统。该系统改进了DCS系统成本高，各厂商的产品通信标准不统一而造成不能互联的弱点。

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前馈反馈控制系统

前馈—反馈复合控制系统 摘要 流量是工业生产过程中重要的被控量之一，因而流量控制的研究具有很大的现实意义。锅炉的流量控制对石油、冶金、化工等行业来说必不可少。本论文的目的是锅炉进水流量定值控制，在设计中充分利用自动化仪表技术，计算机技术，自动控制技术，以实现对水箱液位的过程控制。首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。然后，根据被控对象模型和被控过程特性并加入PID调节器设计流量控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。同时，通过对实际控制的结果进行比较，验证了过程控制对提高系统性能的作用。随着计算机控制技术的迅速发展，组态技术开始得到重视与运用,它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。 关键词：流量定值；过程控制；PID调节器；前馈控制；系统仿真

目录 一．前馈控制 1.前馈控制的定义 2.换热器前馈控制 二．前馈控制的特点及局限性 1.前馈控制的特点 2.前馈控制的局限性 三．反馈控制 1.定义

2.反馈控制的特点 四．复合控制系统特性 1.前馈-反馈复合控制原理 2.复合控制系统特点 五．小结 六．参考文献 一、前馈控制 1.前馈控制的定义 前馈控制（英文名称为Feedforward Control），是按干扰进行调节的开环调节系统，在干扰发生后，被控变量未发生变化时，前馈控制器根据干扰幅值，变化趋势，对操纵变量进行调节，来补偿干扰对被控变量的影响，使被控变量保持不变的方法。

2.换热器前馈控制 在热工控制系统中，由于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。 前馈控制系统的工作原理可结合下面图1所示的换热器前馈控制进一步说明，图中虚线部分表示反馈控制系统。 图1换热器物料出口温度前馈控制流程图 t一定。当被加换热器是用蒸汽的热量加热排管中的料液，工艺上要求料液出口温度 1 热水流量发生变化时，若蒸汽量不发生变化，而要使出口温度保持不变，就必须在被加热水量发生变化的同时改变蒸汽量。这就是一个前馈控制系统。 图中虚线所示是反馈控制的方法，这种方法没有前馈控制及时。图1前馈控制系统的原理框图于图2所示。

前馈控制系统的基本原理

前馈控制系统 前馈控制系统的基本原理 前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。图2.4-1物料出口温度θ需要维持恒定，选用反馈控制系统。若考虑干扰仅是物料流量Q ，则可组成图2.4-2前馈控制方案。方案中选择加热蒸汽量s G 为操纵变量。 图2.4-1 反馈控制 图2.4-2 前馈控制 前馈控制的方块图，如图2.4-3。 系统的传递函数可表示为： ) ()()() ()(1S G S G S G S Q S Q PC ff PD += （2.4-1） 式中)(s G PD 、)(s G PC 分别表示对象干扰 道和控制通道的传递函数； ) (s G ff 为前馈控 图2.4-3 前 馈控制方块图 制器的传递函数。 系统对扰动Q 实现全补偿的条件是：

0)(≠s Q 时，要求0)(=s θ （2.4-2） 将（1-2）式代入（1-1）式，可得 ) (s G ff = ) ()(S G S G PC PD - （2.4-3） 满足（1-3）式的前馈补偿装置使受控变量θ不受扰动量Q 变化的影响。图2-4-4表示了这种全补偿过程。 在Q 阶跃干扰下，调节作用c θ和干扰作用d θ的响应曲线方向相反，幅值相同。所以它们的合成结果，可使θ达到 图2.4-4 前馈控制全补偿示意图 理想的控制连续地维持在恒定的设定值上。显然，这种理想的控制性能，反馈控制系统是做不到的。这是因为反馈控制是按被控变量的偏差动作的。在干扰作用下，受控变量总要经历一个偏离设定值的过渡过程。前馈控制的另一突出优点是，本身不形成闭合反馈回路，不存在闭环稳定性问题，因而也就不存在控制精度与稳定性矛盾。 1．前馈控制与反馈控制的比较 图 2.4-5 反馈控制方块图 图 2.4-6 前馈控制方块图

2020版应用前馈-反馈复合控制机制创建企业安全文化

( 安全文化 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 2020版应用前馈-反馈复合控制机制创建企业安全文化 Safety culture is the product of human civilization, and corporate safety culture is to provide a guarantee for safe production in production, life and survival activities of enterprises.

2020版应用前馈-反馈复合控制机制创建 企业安全文化 1创建安全文化的意义 企业安全文化是全体员工共同遵守的行为准则，发挥着重要的作用它支配着人们的思维方式，规范着人们的行为习俗，约束着人们的情感抒发，左右着人们的审美趣味，规定着人们的价值取向，体现出强烈的终极关怀。 随着社会实践和生产实践的发展，人们发现尽管有了科学技术手段和管理手段，但对于搞好安全生产来说，还是不够的。科技手段达不到生产的本质安全，在安全管理上，要时时、事事、处处监督企业每一位职工遵章守纪，是一件困难的事情，甚至是不可能的事。安全文化却可以弥补安全管理手段的不足。 安全文化之所以能弥补安全管理的不足，是因为安全文化注重

人的观念、道德、伦理、态度、情感、品行等深层次的人文因素，通过教育、宣传、奖惩、创建群体氛围等手段，不断提高企业职工的安全修养，改进其安全意识和行为，从而使职工从不得不服从管理制度的被动执行状态，转变成主动自觉地按安全要求采取行动，即从“要我安全”转变成“我要安全”。 因此，创建安全文化有着极其重大的意义。 2前馈—反馈复合控制的原理 控制就是根据确定的目标，使事物向着这一目标不断趋近，反馈控制就是把系统输出的信息的某一部分，返回到输入端，对系统输入再输出的信息施加影响，使系统沿着减少目标差的方向实现控制，克服环境扰动带来的不稳定性，使系统达到动态平衡。 前馈控制系统，在受控部位的活动发生偏差之前就发出控制指令。是一种预测控制，通过对系统当前工作状态的了解，预测出下一阶段系统的运行状况。如果与参考值有偏差，那么就提前给出控制信号，使干扰获得补偿，稳定输出，消除误差。前馈的缺点是在使用时需要对系统有精确的了解，只有了解了系统模型才能有针对

前馈—反馈复合控制系统

目录 课程设计任务书 一、前馈—反馈复合控制系统 1.1、前馈—反馈复合控制系统的基本概念 (3) 1.2、概念的理解 (3) 1.3、前馈—反馈系统的组成.........................................3—4 1.4、前馈—反馈复合控制系统的特点.. (4) 1.5、前馈—反馈复合控制系统中前馈前馈控制器的设计 (4) 二、控制系统的硬件设计 2.1、S7—300系统组成 (4) 2.2、CPU315—2DP (4) 2.3、模式选择开关…………………………………..…….4—5 2.4、状态及故障显示 (5) 三、控制系统的软件设计 3.1、硬件组态 (5) 3.2、工程管理器的使用 (6) 3.3、新建工程....................................................6—9 3.4、组态监控画面. (9) 3.5、组态变量……………………………………………9—10 3.6、软件编程…………………………………………..10—15 3.7、实验结果分析……………………………………….15—17

四、控制系统的调试 五、实验总结 一、前馈—反馈复合控制系统 1.1、前馈—反馈复合控制系统的基本概念 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。 1.2、概念的理解： （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。 1.3、前馈—反馈系统的组成 前馈—反馈复合控制系统主要由一下几个环节构成 （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

前馈控制和反馈控制

前馈控制、反馈控制及前馈-反馈控制的对比 1、前馈控制属于开环控制，反馈控制属于负反馈的闭环控制 一般定值控制系统是按照测量值与给定值比较得到的偏差进行调节，属于闭环负反馈调节。其特点是在被控变量出现偏差后才进行调节；如果干扰已经发生而没有产生偏差，调节器不会进行工作。因此反馈控制方式的调节作用落后于干扰作用。 前馈调节是按照干扰作用来进行调节的。前馈控制将干扰测量出来并直接引入调节装置，对于干扰的克服比反馈控制及时。 现在以换热器控制方案举例，直观阐述前馈控制和反馈控制： 前馈控制方案 反馈控制方案 2、前馈控制系统中测量干扰量，反馈控制系统中测量被控变量 在单纯的前馈控制系统中，不测量被控变量，而单纯的反馈控制系统中不测量干扰量。 3、前馈控制需要专用调节器，反馈控制一般采用通用PID调节器 反馈调节符合PID调节规律,常用通用PID调节器、DCS等或PLC控制系统实现。 前馈调节使用的调节器是是根据被控对象的特点来确定调节规律的前馈调节器。 4、前馈控制只能克服所测量的干扰，反馈控制则可克服所有干扰 前馈控制系统中若干扰量不可测量，前馈就不可能加以克服。而反馈控制系统中，任何干扰，只要它影响到被控变量，都能在一定程度上加以

克服。 5、前馈控制理论上可以无差，反馈控制必定有差 反馈调节使系统达到动态稳定，让被调参数稳定在给定值附近动态变化，却不能使被调参数稳定在给定值上不动。 前馈调节在理论上可以实现无差调节。 6、前馈控制的局限性 A、在生产应用中各种环节的特性是随负荷变化的，对象动态特性形式多样性难以精确测量，容易造成过补偿或欠补偿。为了补偿前馈调节的不准确，通常将前馈和反馈控制系统结合起来组成前馈反馈控制系统。 B、工业对象存在多个扰动，若均设置前馈控制器，那设备投资高，工作量大。 C、很多前馈补偿结果在现有技术条件下没有检测手段。 D、前馈控制受到前馈控制模型精度限制。 E、前馈控制算法，往往做近似处理。

前馈、反馈、三冲量控制介绍

一．前馈控制原理 前面讨论的所有控制系统，都属于反馈控制系统，无论其系统结构如何，它们的调节回路的基本工作原理都是一样的。下面要介绍的前馈控制系统则有着截然不同的控制思想。前馈控制思想及应用由来已久，但主要是由于技术条件的限制，发展较慢。随着计算机和现代检测技术的飞速发展，前馈控制正受到更多的重视和应用。 在反馈控制系统中，都是把被控变量测量出来，并与给定值相比较；而在前馈控制系统中，不测量被控变量，而是测量干扰变量，也不与被控变量的给定值进行比较。这是前馈与反馈的主要区别。为了系统地说明前馈控制思想，同时也为了在比较中进一步加深对反馈控制思想的理解，画出图8-31进行比较分析。 （a）反馈控制（b）前馈控制 图8－31 两种加热炉温度控制系统 图8-31中的（a）是反馈控制，（b）是前馈控制。在前馈控制中，测量需要被加热的原油的流量，流量偏大就增加燃料量，原油流量偏小就减少燃料量，以达到稳定原油出口温度的目的。从动态过程分析，当原油流量增大时，一段时间后，出口温度会下降。但前馈测量出原油流量的增加量，迅速增加燃料量。如果燃料增加的量和时机都很好，有可能在炉膛中将干扰克服，几乎不影响原油出口温度。 如果该加热炉只存在原油流量这一个干扰，那么理论上讲，前馈控制可以把原油出口温度控制得很精确，甚至被控变量一点也不波动。这就是前馈控制思想，也是前馈控制的生命力所在。 二．前馈控制与反馈控制的比较 通常认为，前馈控制有如下几个特点： （l）是“开环”控制系统； （2）对所测干扰反应快，控制及时； （3）采用专用调节器； （4）只能克服系统中所能测量的干扰。 下面从几个方面比较前馈控制与反馈控制。画出图8-31两个控制系统的方块图如图8-32所示。

前馈控制系统的基本原理

前馈控制系统的基 本原理

前馈控制系统 前馈控制系统的基本原理 前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。图2.4-1物料出口温度θ需要维持恒定，选用反馈控制系统。若考虑干扰仅是物料流量Q ，则可组成图 2.4-2前馈控制方案。方案中选择加热蒸汽量s G 为操纵变 量。 图2.4-1 反馈控制 图2.4-2 前馈控制 前馈控制的方块图，如图 2.4- 3。 系统的传递函数可表示为： )()()()()(1S G S G S G S Q S Q PC ff PD += （2.4-1） 式中)(s G PD 、)(s G PC 分别表示对象干扰 道和控制通道的传递函数；)(s G ff 为前馈控 图2.4-3 前馈控制方块图

制器的传递函数。 系统对扰动Q实现全补偿的条件是： ) (≠ s Q时，要求0 ) (= s θ（2.4-2） 将（1-2）式代入（1-1）式，可得 ) (s G ff = ) ( ) ( S G S G PC PD -（2.4-3） 满足（1-3）式的前馈补偿装置使受控变量 θ不受扰动量Q变化的影响。图2-4-4表示 了这种全补偿过程。 在Q阶跃干扰下，调节作用 c θ和干扰作用dθ的响应曲线方向相反，幅值相同。因此它们的合成结果，可使θ达到图2.4-4 前馈控制全补偿示意图 理想的控制连续地维持在恒定的设定值上。显然，这种理想的控制性能，反馈控制系统是做不到的。这是因为反馈控制是按被控变量的偏差动作的。在干扰作用下，受控变量总要经历一个偏离设定值的过渡过程。前馈控制的另一突出优点是，本身不形成闭合反馈回路，不存在闭环稳定性问题，因而也就不存在控制精度与稳定性矛盾。 1．前馈控制与反馈控制的比较

前馈反馈水箱控制系统设计

课程设计 名称：前馈反馈水箱控制系统系别： 专业： 姓名： 学号： 指导教师：

·成绩评定· 指导教师评语： 课程设计成绩评定 班级姓名学号 综合成绩： 指导教师签字年月日

目录 一设计方案的介绍 (4) 二、工艺流程 (5) 三、前馈反馈控制的理论 (5) 四、设仪器仪表的选型 (5) 1、控制装置的选择 (5) 2、监测仪表 (6) 3、控制阀的选型 (6) 五、测量与控制端连接表 (7) 六、参数的整定 (7) 1、静态放大系数K F的整定 (7) 2、控制器参数的选择 (8) 七、总结 (9) 八、参考文献 (10)

九、附录 一设计方案的介绍 设计采用前馈反馈控制来实现水箱的液位控制。其中前馈控制可以补偿干扰对被控变量的扰动，前馈控制之后产生的余差则可以通过反馈控制进行修正，达到要求的控制精度。被控变量为水箱的液位，控制变量为水的流量。 采用两个支路，其中第一个支路为主回路，包括一个水泵（采用变频器变频控制电机模拟流量扰动），涡轮流量计；第二个支路为控制补偿回路，包括一个水泵（输出流量恒定），电动控制阀。除此之外在反馈回路中还需要一个液位测量仪表和PID控制仪表一台。前馈控制在不考虑控制通道与对象通道延迟，而且支路一流量可以准确的测量，需要一个PID控制仪表。前馈控制信号和反馈控制信号通过一个加法器连接，实现对控制阀的控制。 前馈反馈系统结构框图 1

前馈反馈控制系统原理图 2 二工艺流程 水箱液位的控制主要是控制水箱中的液位在要求的精度范围内。 一号水泵作为动力源给水的输送提供动力，进入水箱。并用变频器控制一号水泵用来模拟流量上产生的扰动。 二号水泵为补偿回路提供动力，为水箱提供水补偿。当扰动产生后，通过前馈控制调节阀对扰动产生补偿。补偿后产生的余差再通过反馈控制控制调节阀进行调节。 三前馈反馈控制的原理 前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现并能被测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者在被调量发生偏差之前抵消。因此，前馈调节对干扰的客服比反馈调节及时。但是前馈控制是开环控制，其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果前馈支路出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在反馈支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。而不需要经过调节器。 四仪器仪表的选型 1、控制装置的选择 由于不是大型生产过程，对自动化水平要求不高，所以选择采用常规仪表控制。考虑到价格、实用性等因素，选择数字化、智能化的国产电动控制仪表。如果考虑控制仪

流量—锅炉液位前馈控制系统

课程设计任务书 （指导教师填写） 课程设计名称过程控制系统学生姓名*** 专业班级自动142班 设计题目流量—锅炉液位前馈控制系统 一、课程设计目的 本课程的课程设计是自动化专业学生学习完《过程控制系统》课程后，进行的一次全面的综合训练，其目的在于加深对过程控制系统理论和基本知识的理解，在熟悉工艺流程的基础上，掌握运用工程整定方法设计过程控制系统，以及系统的调试和投运的基本方法。 二、设计内容、技术条件和要求 （一）技术要求 按课程设计任务书提供的课题，应根据给出的设计任务，按“可选”的被控对象设计相应的控制系统。组成4人的设计小组，分模块进行,共同协作完成一个实际系统的设计、调试任务。 要求20%流量扰动作用下的液位变化不超过15%，恢复时间小于2分钟，稳态误差小于3% （二）设计内容 1、熟悉工艺流程及实验环境，根据对水位控制或工业锅炉生产过程控制的要求，设计相应的控制系统方案； 2、完成主要测控仪表的选型； 3、绘制系统结构框图、系统工艺流程图、系统硬件连线图，并在实验中修正完善； 4、按要求进行系统调试，分析P、I、D参数对控制质量的影响，分析前馈控制系统对扰动的调节作用及补偿能力； 5、撰写详细的设计说明书。 （三）设计说明书要求 设计说明书应包含以下内容 1.设计目的； 2.设计要求；

3.系统方案设计（包括：被控变量的选择、控制变量的选择，控制器类型的选择、控制器正反控制方式的选择、调节阀的选择、各测量传感器的选择）； 4.系统结构框图、系统工艺流程图、系统硬件连线图； 5.调试过程分析，调试结果、调试中出现的问题及解决方法； 6.设计心得体会； 7.参考文献。 二、时间进度安排 按教学计划规定，过程控制系统课程设计总学时为两周，其进度及时间大致分配如下： 1 2017.6.26—6.26 查阅资料、完成各部分硬件设计； 2 2017.6.27—6.28 在模拟实验平台上进行系统调试，分析实验结果； 3 2017.6.29—6.30 总结设计过程、编写课程设计说明书。 三、主要参考文献 1、《过程控制及仪表》，邵裕森主编，电子工业出版社 2、《过程控制系统》，涂植英主编，机械工业出版社 3、《过程控制》，金以慧主编，清华大学出版社 指导教师签字：年月日

前馈控制系统设计

目录 一、前馈控制系统设计 1、前馈控制系统选择原则 1.1 扰动量可测不可控原则 (2) 1.2 控制系统精确辨识原则 (2) 1.3被控系统自衡原则 (3) 1.4 优先性原则 (3) 1.5 经济性原则 (4) 2、工程整定 2.1 整定的总体原则 2.1.1 稳定性 (4) 2.1.2快速性 (5) 2.1.3 反馈控制的静差 (5) 3、前馈-反馈复合系统工程整定 (5) 二、实例仿真 (6) 2.1前馈控制系统整定 (7) 2.2反馈控制系统前向通道稳定性分析 (7) 2.3、反馈控制系统整定 (8) 2.4、系统仿真 (9) 三、心得体会 (11) 四、参考文献 (12)

二、实例仿真 系统按结构分类，可分为：静态前馈控制、动态前馈控制、前馈-反馈复合控制系统、前馈-串级复合控制系统等。 其中，前馈-反馈复合控制系统的特点是利用前馈抑制对系统影响较大的干扰，利用反馈控制抑制其他干扰以及前馈所“遗留”部分干扰。前馈调节器和反馈调节器的整定方法如前所述。一般为了实现系统无静差，反馈调节器多选PI控制方式。 前馈反馈复合控制系统仿真主要包括：系统识别、控制系统整定和系统仿真等内容。其中控制系统整定包括前馈控制系统整定和反馈控制系统整定两部分。本例采用前馈、反馈分别整定的方法。 假设被控对象传递函数中各部分传递函数如下： e-10s 干扰通道传递函数为：G f(s)G2(s)=15 (81)(10s1) s++ e-8s 系统被控部分传递函数为：G1(s)G2(s)=6 s++ (51)(10s1) 给定部分传递函数为：Gc(s)=1

2.1前馈控制系统整定。 由于采用前馈反馈分别整定方法，所以，前馈整定参数为：K d=-2.5, T dl=8。若系统采用PID控制，则系统结构框图如图： 2.1.1前馈-反馈复合控制系统方框图 2.2反馈控制系统前向通道稳定性分析。 系统稳定性分析是实验调试中正确把握试验方法、试验参数的基本依据。对2.1.1所示系统反馈环节中开环稳定性分析(不含PID调节器部分)，为分析方便，取： 不含PID调节器的开环传递函数可近视写成：6 +++2 (3s1)(10s1)(5s1)

前馈反馈控制系统指导书

四、实验内容与步骤 本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F2-1、F2-5全开，将阀门F1-10、F1-11开至适当开度(阀F1-10>F1-11)，其余阀门都关闭。 具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关，可根据实验需要选做或全做。 （一）、智能仪表控制 1．将SA-11挂件、SA-12挂件、SA-14挂件挂到屏上，并将SA-12挂件的通讯线接头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“FT2变频器支路流量”、“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。SA-14上比值器的调节旋钮放在最小的位置。 图7-4 仪表控制下水箱液位前馈-反馈控制实验接线图 2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器及涡轮流量计上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。 3．打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进

入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验二十一、下水箱液位前馈反馈控制系统”，进入实验二十一的监控界面。 4．设定工作点（u0，h0）。在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出，并将输出值设置为一个中间合适的值（例u0=50%），此操作也可通过调节仪表实现。 5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，通过调节F1-10、F1-11的开度，使下水箱的液位平衡于一个中间合适的值（例h0=8）。 6．设置智能仪表的输出值为100%，观察下水箱液位的稳态值hmax，则在以下实验中，设定值不能超过hmax。若hmax>18，则重新设定u0=50%，转5重新调整。 7、在工作点（u0，h0）处，用开环整定法整定静态前馈放大系数K F。即令U0保持不变，开启变频器，以较小频率给中水箱(或下水箱)打水加干扰（要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定），由小到大调节SA-14上比值器的旋钮，观察前馈补偿的作用，直到液位基本回复到h0。静态放大系数的设置方法可用万用表量得比值器输入输出电压之比即可。 8．关闭变频器，SA-14上的调节旋钮保持不变。 9、将调节器切换到“自动”状态，按单回路的整定方法整定调节器参数，并按整定得到的参数进行调节器设定。 10．待液位平衡后（u1，h1），打开阀门F2-4或F2-5，合上单相Ⅱ电源空气开关启动变频器支路以较小频率给中水箱(或下水箱)打水加干扰（要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定），记录下水箱液位的响应过程曲线。 11．关闭变频器，用单回路控制使回复到工作点（u1,h1）。 12、将“FT2变频器支路流量”钮子开关拨到“OFF”的位置，即去掉前馈补偿，构成双容水箱液位定值控制系统。重复步骤10，用计算机记录系统的响应曲线，比较该曲线与加前馈补偿的实验曲线有什么不同。 请及时拍照记录曲线！ 下水箱压力传感器有问题，可改用上水箱和中水箱，阀的开闭以及被控变量应做相应改变。请思考：用上水箱和中水箱串联作为被控对象与用中水箱和下水箱串联作为被控对象，哪个更容易控制，为什么？ 用阀门F2-4和F2-5加入扰动有何区别？

前馈反馈水箱控制系统

实用文案 课程设计 名称：前馈反馈水箱控制系统 系别：电气与电子工程系 专业：自动化 姓名：******* 学号：******** 指导教师：*******

河南城建学院 2010年12 月30 日·成绩评定· 指导教师评语：

课程设计成绩评定 目录 一设计方案的介绍 (4) 二、工艺流程 (5) 三、前馈反馈控制的理论 (5) 四、设仪器仪表的选型 (5) 1、控制装置的选择 (5) 2、监测仪表 (6) 3、控制阀的选型 (6)

五、测量与控制端连接表 (7) 六、参数的整定 (7) 1、静态放大系数K F的整定 (7) 2、控制器参数的选择 (8) 七、总结 (9) 八、参考文献 (10) 九、附录 一设计方案的介绍 设计采用前馈反馈控制来实现水箱的液位控制。其中前馈控制可以补偿干扰对被控变量的扰动，前馈控制之后产生的余差则可以通过反馈控制进行修正，达到要求的控制精度。被控变量为水箱的液位，控制变量为水的流量。 采用两个支路，其中第一个支路为主回路，包括一个水泵（采用变频器变频控制电机模拟流量扰动），涡轮流量计；第二个支路为控制补偿回路，包括一个水泵（输出流量恒定），电动控制阀。除此之外在反馈回路中还需要一个液位测量仪表和PID控制仪表一台。前馈控制在不考虑控制通道与对象通道延迟，而且支路一流量可以准确的测

量，需要一个PID 控制仪表。前馈控制信号和反馈控制信号通过一个加法器连接，实现对控制阀的控制。 二 工艺流程 水箱液位的控制主要是控制水箱中的液位在要求的精度范围内。 一号水泵作为动力源给水的输送提供动力，进入水箱。并用变频器控制一号水泵用来模拟流量上产生的扰动。 二号水泵为补偿回路提供动力，为水箱提供水补偿。当扰动产生后，通过前馈控制调节阀对扰动产生补偿。补偿后产生的余差再通过反馈控制控制调节阀进行调节。 前 馈 反 馈 系 统 结 构 框 图 1 前 馈 反 馈 控 制 系 统 原 理 图 2

实验三液位前馈-反馈复合控制

液位前馈-反馈复合控制 实验报告书 实验名称：液位前馈-反馈复合控制姓名： 班级： 学号： 指导老师：

一、实验名称： 液位前馈-反馈复合控制 二、实验设备： 组态软件、实验箱。 三、实验过程： 需要注意的一点是：组态软件采用所有的工程量都是0-100。如液位的实际最高高度为28cm，液位参数设置时取20%，50%等类似的百分比 a)流量液位前馈反馈控制 1 实验目的与要求 1.1.实验前需熟悉复合控制的原理与特点。 1.2.熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。 1.3.通过实验掌握前馈补偿器的设计方法。 2 实验系统组成 2.1 实验原理 流程图如图 2.3.1 所示。水介质由泵U101(P101)从水箱V104 中加压获得压头，经流量计FT101、电动调速器U101、水箱V101、手阀QV116 回流至水箱V104 而形成水循环，负荷的大小通过手阀QV116 来调节；其中，水箱V101 的液位由液位变送器LT101测得，给水流量由流量计FT101 测得。本例中调速器U101 为操纵变量， LT101 为被控变量，接收流量的前馈信号参予到定值系统中，整体构成前馈－反馈控制系统。

2.2 前馈补偿器, 如果水路流量出现扰动，经过流量计FT101 测量之后，测量得到干扰的大小，然后通过调整调速器开度，直接进行补偿。本次实验采用静态补偿，补偿器数值为图2.3.1中的前馈系数K。 图 2.3.1 流量液位前馈反馈复合控制 3 操作步骤和调试 首先进行无前馈控制的单一反馈控制实验，观察对干扰的控制效果，然后进行复合控制实验，对比分析两种控制方案的特点与实验结果。 3.1 单一反馈控制实验步骤： 1、启动组态王软件，选择“复杂控制”中“流量液位前馈反馈控制”。 2、检查水槽溢出时是否有溢流通道，保证发生溢出时水能够流回蓄水箱V104。 3、工艺对象和控制系统上电。 4、设定K=0，液位设定值为30%左右，然后在“自动”模式下调节PID 控制器参数，使得在设定值增加10%的阶跃输入情况下，能得到较为满意的响应曲线。抓图，保存实验曲线结果 5、增加干扰，调节QV111 从90 度变动到50 度，观察系统响应曲线。抓图，保存实验曲线结果。 6、若全部实验结束，将工艺对象和控制系统断电。 3.2 复合控制步骤： 1、将调节阀QV111 转回90 度的关闭状态。 2、设定K=0，液位设定值在30~40%之间，保持3.1 步骤中的PID 参数不变。 3、系统稳定后，观察主界面上方的稳态流量（百分比）记为q1，下方的调节器输出记为u1。将调节阀QV111 从90 度变动到70 度，观察响应曲线，系统稳定后，将稳态流量（百分比）记为q2，下方的调节器输出记为u2，则前馈补偿器的计算公式为

冷凝器温度前馈反馈控制系统设计与仿真

辽宁工业大学 开放性实验报告 题目：冷凝器温度前馈-反馈控制系统设计与仿真 院（系）： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间： 2015.11.19—2015.11.22

辽宁工业大学实验室开放项目任务书 注：此表用于申请教学计划外的开放项目，请如实填写，由各院（系）汇总后统一办理，报实践教学科一份。

目录 第1章绪论 (1) 第2章控制方案介绍 (3) 2.1 概述 (3) 2.2 控制原理 (3) 2.3 实验内容 (4) 第3章系统设计与仿真 (5) 3.1 处理延迟环节 (5) 3.2 反馈控制系统设计 (6) 3.3 前馈控制系统设计 (8) 第4章课程设计总结 (11)

第1章绪论 冷凝器(Condenser) 空调系统的机件，能将管子中的热量，以很快的方式，传到管子附近的空气，大部分的汽车置于水箱前方。把气体或蒸气转变成液体的装置。发电厂要用许多冷凝器使涡轮机排出的蒸气得到冷凝；在冷冻厂中用冷凝器来冷凝氨和氟利昂之类的致冷蒸气。石油化学工业中用冷凝器使烃类及其他化学蒸气冷凝。在蒸馏过程中，把蒸气转变成液态的装置称为冷凝器。所有的冷凝器都是把气体或蒸气的热量带走而运转的。 对某些应用来说，气体必须通过一根长长的管子（通常盘成螺线管），以便让热量散失到四周的空气中，铜之类的导热金属常用于输送蒸气。为提高冷凝器的效率经常在管道上附加散热片以加速散热。散热片是用良导热金属制成的平板。这类冷凝器一般还要用风机迫使空气经过散热片并把热带走。一般制冷机的制冷原理压缩机的作用是把压力较低的蒸汽压缩成压力较高的蒸汽，使蒸汽的体积减小，压力升高。 压缩机吸入从蒸发器出来的较低压力的工质蒸汽，使之压力升高后送入冷凝器，在冷凝器中冷凝成压力较高的液体，经节流阀节流后，成为压力较低的液体后，送入蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发而成为压力较低的蒸汽，从而完成制冷循环。 液体制冷剂在蒸发器中吸收被冷却的物体热量之后，汽化成低温低压的蒸汽、被压缩机吸入、压缩成高压高温的蒸汽后排入冷凝器、在冷凝器中向冷却介质(水或空气)放热，冷凝为高压液体、经节流阀节流为低压低温的制冷剂、再次进入蒸发器吸热汽化，达到循环制冷的目的。这样，制冷剂在系统中经过蒸发、压缩、冷凝、节流四个基本过程完成一个制冷循环。 制冷剂包括：氟里昂12(CF2Cl2)代号R12 氟里昂12是一种无色、无臭、透明、几乎无毒性的制冷剂，但空气中含量超过80%时会引起人的窒息。氟里昂12不会燃烧也不会爆炸，当与明火接触或温度达到400℃以上时，能分解出对人体有害的氟化氢、氯化氢和光气(CoCl2)。R12是应用较广泛的中温制冷剂，适用于中小型制冷系统，如电冰箱、冰柜等。R12能溶解多种有机物，所以不能使用一般的橡皮垫片(圈)，通常使用氯丁二烯人造橡胶或丁睛橡胶片或密封圈。氟里昂22(CHF2Cl)代号R22 R22不燃烧也不爆炸，其毒性比R12稍大，水的溶解度虽比R12大，但仍可能使制冷系统发生“冰塞”现象。R22能部分地与润滑油互相溶解，其溶解度随着润滑油的种类及温度而改变，故采用R22的制冷系统必须有回油措施。R22在标准大气压力下的对应蒸发温度为-40.8℃，常温下冷凝压力

下水箱液位前馈反馈控制系统

下水箱液位前馈反馈控制系统实验 一、实验目的 1、学习前馈-反馈控制的原理。 2、了解前馈-反馈控制的特点。 3、掌握前馈-反馈控制的设计。 二、实验设备 A3000-FS/FBS现场系统，任意控制系统。 三、实验原理 1、控制原理 前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者抵消与被调量发生偏差之前。因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。但是前馈控制是开环控制。其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果没有反馈控制，则这种校正作用只能在稳态下补偿扰动作用。 如图6-12所示。设法保持下水箱液位，是用两个水泵注水。 图6-12 前馈－反馈控制系统原理图

如果支路一出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在第二个支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。而不需要经过调节器。 如果没有反馈，就是开环控制，这个控制是有余差的。增加反馈通道，使用PI 进行控制，如图6-12所示。 我们按照参考书上的内容，进行了部分简化。 前馈控制不考虑控制通道与对象通道延迟，则根据物料平衡关系，简单的前馈控制方程为：Qu=dF 。 也就是两个流量的和保持稳定。但是有两个条件，一是准确知道第一个支路的流量，二是准确知道调节阀开度与流量对应关系1K ，如图6-13所示： 图6-13 调节阀开度与流量比例关系 2、测量与控制端连接表 40806020

前馈反馈过程控制系统课程设计

工业过程控制课程设计任务书

设计目的 根据设定的液位对象和其他配置，运用计算机和INTOUCH组态软件，设计一套监控系统，并通过调试使得水箱液位维持恒定或保持恒定或保持在一定误差范围内。 2 控制要求 在工业过程控制中，实现前馈-反馈单回路控制。前馈控制的基本概念使测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使控制变量维持在设定值上。前馈控制器的控制规律取决于被控对象的特性，按被控对象既定控制规律;反馈控制的控制规律采用PID规律。将前馈与反馈有效地结合，运用前馈控制在扰动发生后，及时抑制由主要扰动引起的被控量所产生的偏差；同时运用反馈控制，消除多种扰动对被控量的影响。 3 系统结构设计 3.1 控制方案 本设计通过前馈反馈控制系统实现对液位的控制。 在前馈反馈控制系统中，前馈控制属于开环控制，在设计中经过对主流量的检测，及时的针对主要扰动进行液位的偏差抑制。当流量测量值较预定值发生波动，即时通过计算机进行PID计算，输出控制信号，进行液位调节； 反馈控制属于闭环控制，通过对液位的测量，及时对液位进行调控。反馈环节通过对液位的监测，将测量值与给定值进行比较，形成偏差后，通过A/D传输给计算机，进行预先设定的PID计算，输出控制型号，进行液位调节。 前馈反馈控制原理框图如下：

图3.1 前馈反馈系统框 3.2 仪表选择图 3.2.1 流量传感器 流量传感器采用V锥体流量计。V锥体在流场中产生的节流效应，通过检测上下游压差来测量流量。与普通节流件相比，它改变了节流布局，从中心孔节流改为环状节流。实践证明，V锥形流量计与其它流量仪表相比，具有长期精度高、稳定性好、受安装条件局限小、耐磨损、测量范围宽、压损小、适合脏污介质等优点。 3.2.2 过程模块 采用牛顿7000系列远程数据采集模块作为计算机控制系统的数据采集通讯过程模块。牛顿7000系列模块体积小，安装方便，可靠性高。 D/A模块采用牛顿7024，四通道模拟输入模块。电压输入1~5VDC。使用7017模块的4通道IN4作为温度信号检测输入通道。 通信模块采用牛顿7520，RS232转换485通讯模块。使用RS-232/RS-485双向协议转换，速度为300~115200BPS，可长距离传输。

应用前馈-反馈复合控制机制创建企业安全文化(最新版)

应用前馈-反馈复合控制机制创建企业安全文化(最新版) Safety culture is to establish a safe, reliable, harmonious and coordinated environment and a safety system for matching operation. ( 安全管理 ) 单位：______________________ 姓名：______________________ 日期：______________________ 编号：AQ-SN-0827

应用前馈-反馈复合控制机制创建企业安 全文化(最新版) 1创建安全文化的意义 企业安全文化是全体员工共同遵守的行为准则，发挥着重要的作用它支配着人们的思维方式，规范着人们的行为习俗，约束着人们的情感抒发，左右着人们的审美趣味，规定着人们的价值取向，体现出强烈的终极关怀。 随着社会实践和生产实践的发展，人们发现尽管有了科学技术手段和管理手段，但对于搞好安全生产来说，还是不够的。科技手段达不到生产的本质安全，在安全管理上，要时时、事事、处处监督企业每一位职工遵章守纪，是一件困难的事情，甚至是不可能的事。安全文化却可以弥补安全管理手段的不足。 安全文化之所以能弥补安全管理的不足，是因为安全文化注重

人的观念、道德、伦理、态度、情感、品行等深层次的人文因素，通过教育、宣传、奖惩、创建群体氛围等手段，不断提高企业职工的安全修养，改进其安全意识和行为，从而使职工从不得不服从管理制度的被动执行状态，转变成主动自觉地按安全要求采取行动，即从“要我安全”转变成“我要安全”。 因此，创建安全文化有着极其重大的意义。 2前馈—反馈复合控制的原理 控制就是根据确定的目标，使事物向着这一目标不断趋近，反馈控制就是把系统输出的信息的某一部分，返回到输入端，对系统输入再输出的信息施加影响，使系统沿着减少目标差的方向实现控制，克服环境扰动带来的不稳定性，使系统达到动态平衡。 前馈控制系统，在受控部位的活动发生偏差之前就发出控制指令。是一种预测控制，通过对系统当前工作状态的了解，预测出下一阶段系统的运行状况。如果与参考值有偏差，那么就提前给出控制信号，使干扰获得补偿，稳定输出，消除误差。前馈的缺点是在使用时需要对系统有精确的了解，只有了解了系统模型才能有针对

冷凝器温度前馈_反馈控制系统设计与仿真设计

下载可编辑 辽宁工业大学 开放性实验报告 题目：冷凝器温度前馈-反馈控制系统设计与仿真 院（系）： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师：（签字） 起止时间： 2015.11.19—2015.11.22

辽宁工业大学实验室开放项目任务书 2015/2016 学年第一学期 实验项目冷凝器温度前馈—反馈控制系统设计与仿真 所在单位 实验类型□科学研究自拟课题综合设计□计算机应用□其它指导教师实验时数 招收对象 1= 招收人数 项目研究的意义及内容研究意义： 1.掌握复合控制系统的原理。 2.掌握反馈控制器的设计方法。 3.掌握前馈控制器的设计方法，提高学生分析系统和设计系统的实践技能。 4.提高学生的计算机应用能力，掌握MATLAB语言的使用及编程方法。 5.训练学生编写程序及联机调试程序的能力，培养学生团队合作精神。 6.为学生今后从事自动控制工作奠定理论和实践基础。 内容： 分析前馈-反馈控制的原理；对被控对象和扰动通道的传递函数的延迟环节进行近似处理；根据设计要求完成反馈控制器和前馈控制器的设计，并用Simulink仿真验证设计结果的正确性。 控制要求 控制系统的参数和要求如下： 1.被控对象的传递函数为s e s s G8 01 55 94 .0 ) (- + =； 2.扰动通道的传递函数为s f e s s G6 1 41 05 .1 ) (- + =； 3. 设计要求：阶跃给定响应超调量小于50%，阶跃扰动对系统无影响。 注：此表用于申请教学计划外的开放项目，请如实填写，由各院（系）汇总后统一办理，报实践教学科一份。

目录 第1章绪论 (1) 第2章控制方案介绍 (3) 2.1 概述 (3) 2.2 控制原理 (3) 2.3 实验内容 (4) 第3章系统设计与仿真 (5) 3.1 处理延迟环节 (5) 3.2 反馈控制系统设计 (6) 3.3 前馈控制系统设计 (8) 第4章课程设计总结 (11)

前馈反馈复合控制课程设计

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

目录 1引言............................................................... 2前馈—反馈复合控制系统的概述....................................... 2.1基本概念....................................................... 2.2系统的组成..................................................... 2.3系统的特点..................................................... 3 控制系统设计与要求................................................. 3.1案例要求..................................................... 3.2拟合曲线的仿真及传递函数的确定................................. 3.2.1 MATLAB的介绍.............................................. 3.2.2温度测试数据的拟合和仿真响应曲线........................... 3.3 利用临界比例度法整定参数....................................... 3.3.1操纵变量对被控变量传递函数的PID参数整定................... 3.3.2干扰对被控变量传递函数的PID参数整定....................... 3.4 前馈反馈系统仿真与整定......................................... 3.4.1静态前馈反馈的仿真......................................... 3.4.2动态前馈反馈的仿真......................................... 4 控制系统硬件电路设计............................................... 4.1 proteus的介绍................................................. 4.2单片机芯片的选用............................................... 4.3 单片机的最小系统设计........................................... 4.4 单片机的A/D,D/A转换电路设计................................... 4.5 显示电路设计................................................... 4.6 键盘电路设计................................................... 4.7 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................................................... 5.1 软件规划...................................................... 5.2 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.......................................