不變性原理控制系統(tǒng)的被控量與擾動量絕對無關(guān)或者在一定準(zhǔn)確度下無關(guān)幾種不變性絕對不變性誤差不變性穩(wěn)態(tài)不變性選擇不變性基于不變性原理組成的自動控制系統(tǒng)成為前饋控制系統(tǒng)6.2.1基本概念§6.2前饋控制

直接按擾動而不是按偏差進(jìn)行控制。干擾發(fā)生后，被控量還未顯現(xiàn)出變化之前，控制器就產(chǎn)生了控制作用。這種前饋控制系統(tǒng)對干擾的克服要比反饋控制系統(tǒng)及時得多。1、技術(shù)思路例6.1鍋筒鍋爐水位控制系統(tǒng)IG*=ID+IL-5.0IDIG*ILIG圖6.3前饋控制系統(tǒng)(1)、檢測：前饋控制測干擾；反饋控制測被控量。

(2)、效果：克服干擾，前饋控制及時，理論上可實現(xiàn)完全補(bǔ)償；反饋控制不及時。

(3)、經(jīng)濟(jì)性：克服干擾，前饋控制只能一對一，不如反饋控制經(jīng)濟(jì)。

(4)、穩(wěn)定性：前饋為開環(huán)，不存在此問題；反饋則不同，穩(wěn)定性與控制精度是矛盾的。2、前饋與反饋的比較

控制器的輸出僅僅是輸入F的函數(shù)，與時間t無關(guān)。在圖4-12中，令前饋控制器傳函滿足下式即可：6.2.2靜態(tài)前饋控制靜態(tài)前饋的含義例6.2列管換熱器的前饋控制其中Ma為擾動量，T2為出口溫度，WO(s)為控制通道的傳遞函數(shù),Wf(s)為前饋通道的傳遞函數(shù),Wd(s)為干擾通道的傳遞函數(shù)。

補(bǔ)償過程如下圖所示。

可實現(xiàn)對擾動的完全補(bǔ)償，使被控量成為對擾動絕對不靈敏的系統(tǒng)。（不變性原理）前饋控制與數(shù)學(xué)模型的關(guān)系二、動態(tài)前饋控制

靜態(tài)前饋控制只能有效抑制靜態(tài)偏差；動態(tài)前饋控制不但能有效抑制靜態(tài)偏差；而且能有效抑制動態(tài)偏差。1、問題及辦法2、原理：如下圖，其中Gff(S)非純比例環(huán)節(jié)。1）動態(tài)補(bǔ)償器設(shè)計2）簡單動態(tài)補(bǔ)償器：導(dǎo)前-滯后環(huán)節(jié)

動態(tài)前饋控制能顯著提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，但結(jié)構(gòu)和參數(shù)整定均比較復(fù)雜。只適用于控制精度要求很高、反饋與靜態(tài)前饋難于滿足時。6.2.4前饋-反饋控制系統(tǒng)亦稱為前饋--反饋控制系統(tǒng)。1、方法的提出

前饋控制是有局限性的：①對補(bǔ)償結(jié)果無法檢測；②難以對每個干擾均設(shè)計一套前饋控制裝置；③一個固定的前饋模型難以獲得良好的控制質(zhì)量。3、特點及適用性前饋-反饋控制系統(tǒng)方框圖

復(fù)合控制的好處：既發(fā)揮了前饋校正及時的優(yōu)點，又保持了反饋控制能抑制多個干擾并對被控量始終給予檢驗的長處。2、組成原理及結(jié)構(gòu)圖:

當(dāng)負(fù)荷變化時……

對于前饋控制未能完全消除的偏差，以及未能引入前饋控制的其他干擾(如物料進(jìn)口溫度、蒸汽壓力等)……

3、特點①實現(xiàn)前饋控制作用的完全補(bǔ)償?shù)臈l件不變。（令Y(s)/F(s)=0即可。）②不會因引入前饋控制而影響反饋控制的穩(wěn)定性。4、前饋--反饋控制的優(yōu)點①只需對主要的干擾采用前饋補(bǔ)償，大大簡化了原來的純前饋控制系統(tǒng)。②降低了對前饋控制精度的要求，為工程上實現(xiàn)簡單的前饋補(bǔ)償創(chuàng)造了條件。③比純反饋控制具有控制精度高、溫度速度快的特點。因而是前饋控制中廣泛應(yīng)用的控制系統(tǒng)。

為了保證前饋控制的精度，常希望控制閥靈敏、線性等；采用串級控制系統(tǒng)可滿足以上要求。

四、前饋--串級控制系統(tǒng)1、方法的提出2