Фийдфорвард управление: коригиране на смущенията преди да достигнат е стратегия за управление, която измерва известно, измеримо смущение и прилага изчислено коригиращо действие към манипулираната променлива преди това смущение да е успяло да промени процесната променлива. За разлика от обратната връзка, която изчаква да се появи грешка на изхода и след това реагира, фийдфорвардът действа в източника. Когато смущението е добре разбрано, фийдфорвардът може да държи процесната променлива почти постоянна при смущения, които иначе биха причинили големи, бавни отклонения.
Контролерът с обратна връзка затваря контура върху регулираната променлива. Той сравнява зададената стойност с измерването, пресмята грешката и управлява финалния елемент, за да отстрани тази грешка. Това е надеждно и самокоригиращо се, но по своята същност е реактивно: процесната променлива първо трябва да се отклони, преди контролерът да реагира, и при голямо мъртво време или големи лагове това отклонение може да остане в продължение на минути.
Фийдфорвардът обръща логиката. Вместо да наблюдава изхода, той следи входящо смущение. Когато смущението се промени, контролерът прогнозира как това ще повлияе на процеса и настройва манипулираната променлива в обратна посока, така че двете въздействия да се анулират върху процесната променлива. Добре моделирано смущение се отхвърля преди да бъде видяно на изхода. Но фийдфорвардът е „сляп“ за всичко, което не измерва, и зависи изцяло от вътрешния си модел.
Фийдфорвардът изисква явен модел, който свързва смущението с необходимата корекция. Този модел има две части:
Аппроксимация от първи порядък с мъртво време за всеки път често е достатъчна, но моделът трябва да бъде идентифициран от реални данни от завода, а не да се предполага.
Никой фийдфорвард модел не е перфектен. Усилванията се променят с времето, сензорите могат да дават малко отклонени стойности и неизмерени смущения все още влизат в процеса. Чистият фийдфорвард няма механизъм да открива или коригира собствената си остатъчна грешка, затова постепенно ще се отклони от целта. Затова фийдфорвардът почти винаги е допълнение към обратната връзка, а не заместител. Пътят на фийдфорварда обработва основната част от голямо, бързо смущение, докато обратната връзка осигурява донастройка: тя премахва малката остатъчна грешка, която моделът оставя, и поема това, което фийдфорвардът не е измерил. Принципите в настройването на PID регулатори се прилагат директно към този донастроечен контролер.
Контролът на съотношението е най-широко използваната форма на фийдфорвард. Тук един поток, дивият или неконтролиран поток, се измерва, докато втори поток се манипулира, за да се поддържа фиксирано съотношение между тях. Класическият пример е верига въздух/гориво при горене: дебитът на горивото е измереното смущение, а въздухът за горене се управлява, за да поддържа целевото съотношение преди да се промени състава на пламъка. Контролът на съотношението често се поставя под по-бавен външен контур в каскадно управление, където анализатор донастройва зададената стойност на съотношението.
| Процес | Измерено смущение | Манипулирана променлива | Форма на feedforward |
|---|---|---|---|
| Печка с гориво или котел | Дебит на горивото | Дебит на въздуха за горене | Контрол на съотношението |
| Топлообменник тип „шел и тръба“ | Приток (дебит) на входящата фаза | Клапан за пара или охлаждаща среда | Статичен коефициент плюс lead-lag |
| Дестилационна колона | Дебит на захранващия поток | Натоварване на ребойлера | Статичен коефициент плюс lead-lag |
| Система за смесване | Дебит на основния поток | Дебит на допълващия поток | Контрол на съотношението |
| Ниво в барабана | Търсене на пара (натоварване) | Дебит на подаващата вода | Фийдфорвард с три елемента |
Фийдфорвардът печели мястото си при специфични условия:
Той изпитва затруднения, когато доминиращите смущения са неизмерени, когато връзката е силно нелинейна, или когато измерването на смущението е шумно. Тогава корекцията може да внесе толкова грешка, колкото премахва.
Тъй като представянето на фийдфорварда се влошава с остаряването на оборудването, износването на клапаните и замърсяването на повърхностите, настройките на коефициента на модела и lead-lag звеното трябва да се преглеждат по график, а не да се задават веднъж и да се забравят. Дрейфиращ фийдфорвард контур се влошава тихо: донастройката от обратната връзка маскира нарастващия остатък, докато вече не може да го компенсира. Логването на данните за идентификация и последно-потвърдените настройки в система като Fabrico прави очевидно кога е време за повторно идентифициране. За да видите как проверките на състоянието на контура се вписват в график за превантивна поддръжка, резервирайте демонстрация на Fabrico.
Може, но рядко би трябвало. Чистият фийдфорвард няма механизъм да коригира собствената си остатъчна грешка или да отхвърля неизмерени смущения, затова процесната променлива бавно се измества. Донастройката чрез обратна връзка добавя както бързо отхвърляне на смущения, така и дългосрочна точност.
Фийдфорвардът действа върху измерено смущение, навлизащо в процеса. Каскадното управление вложва два контура с обратна връзка така, че вътрешен, по-бърз контур да отхвърля смущенията преди те да достигнат външната променлива. Те са допълващи се и често се използват заедно.
Смущението и корекцията достигат процесната променлива по пътища с различни динамики. Lead-lag звеното синхронизира корекцията така, че тя да пристигне заедно с ефекта на смущението. Без него, правилният статичен коефициент може все пак да причини транзиентно прескачане.
Няма универсален интервал, но всяка промяна в състоянието на оборудването, замърсяване или работен диапазон е тригер. Прегледът винаги щом донастройката чрез обратната връзка започне да работи по-усилено от обичайно предотвратява тихо влошаване на модела.
Вход
Блог