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前馈控制系统一．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。
（a）反馈控制（b）前馈控制图8-32 两种加热炉温度控制系统方块图l．前馈是“开环”，反馈是“闭环”控制系统从图8-32可以看到，表面上，两种控制系统都形成了环路，但反馈控制系统中，在环路上的任一点，沿信号线方向前行，可以回到出发点形成闭合环路，成为“闭环”控制系统。
前馈控制系统的基本原理前馈控制系统是一种控制系统，其中输入信号经过预先设计的控制器处理后，直接作用于被控对象，以实现对被控对象的控制。
该系统的基本原理是根据被控对象的数学模型和被控目标，设计适当的控制器，并通过对输入信号进行预先处理，以提前预测被控对象的响应，并消除或最小化干扰对被控对象的影响，从而实现精确控制。
前馈控制系统通常由以下几个主要组成部分构成：被控对象、传感器、控制器和执行器。
被控对象是指需要被控制的系统或设备，如机械臂、电机、飞机等。
传感器负责将被控对象的状态信息转换为电信号，以便输入到控制器中进行处理。
控制器根据输入信号和预先设计的控制算法，生成适当的输出信号，并将其发送到执行器。
执行器根据控制器的输出信号，对被控对象进行调节，从而实现控制目标。
前馈控制系统的基本原理是根据被控对象的数学模型和被控目标，设计适当的控制器，并通过对输入信号进行预先处理来实现精确控制。
在设计控制器时，需要考虑被控对象的动态响应特性、控制目标以及系统的稳定性、鲁棒性和性能要求等因素。
预处理器是前馈控制系统的重要组成部分，其作用是对输入信号进行预先处理，以消除或最小化干扰对被控对象的影响。
预处理器可以采用各种方法，如滤波、调幅、增益调整等，以实现对输入信号的改变。
在前馈控制系统中，控制器的设计是关键。
根据被控对象的数学模型和理想控制目标，可以选择合适的控制算法，如比例积分控制（PI控制）、比例微分控制（PD控制）、模糊控制、神经网络控制等。
控制器的设计要考虑稳定性、鲁棒性、性能要求等因素，以实现对被控对象的精确控制。
前馈控制系统的优点是能够减小被控对象对干扰的响应，提高系统的跟踪性能和鲁棒性。
通过预先预测被控对象的响应，并对控制器的输入信号进行合适的处理，可以消除或最小化干扰对被控对象的影响，从而实现更精确的控制。
前馈控制系统实验名称：前馈控制系统班级：姓名：学号：实验四前馈控制系统⼀、实验⽬的（1）通过本实验，了解前馈控制系统的基本结构及⼯作原理。
（2）掌握前馈控制系统的设计思想和控制器的参数整定⽅法。
⼆、实验原理⼲扰对系统的作⽤是通过⼲扰通道进⾏的。
前馈控制的原理是给系统附加⼀个前馈通道（或称前馈控制器），使所测量的系统扰动通过前馈控制器改变控制量。
利⽤扰动所附加的控制量与扰动对被控制量影响的叠加消除或减⼩⼲扰的影响。
前馈控制系统主要特点如下：1) 属于开环控制只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定。
但若系统中有⼀个环节不稳定，或局部不稳定，系统就不稳定。
另外，系统的控制精度取决于构成控制系统的每⼀部分的精度，所以对系统各环节精度要求较⾼。
2) 很强的补偿局限性前馈控制实际是利⽤同⼀⼲扰源经过⼲扰通道和前馈通道对系统的作⽤的叠加来消除⼲扰的影响。
因此，固定的前馈控制只对相应的⼲扰源起作⽤，⽽对其他⼲扰没有影响。
⽽且，在⼯程实际中，影响⽣产过程的原因多种多样，系统随时间、⼯作状态、环境等情况的变化，也会发⽣变化甚⾄表现出⾮线性，这些都导致不可能精确确定某⼀⼲扰对系统影响的程度或数学描述关系式。
因此，前馈控制即使对单⼀⼲扰也难以完全补偿。
3) 前馈控制反应迅速在前馈控制系统中，信息流只向前运⾏，没有反馈问题，因此相应提⾼了系统反应的速度。
当扰动发⽣后，前馈控制器及时动作，对抑制被控制量由于扰动引起的动静态偏差⽐较有效。
这⾮常有利于⼤迟滞系统的控制。
4) 只能⽤于可测的⼲扰对不可测⼲扰，由于⽆法构造前馈控制器⽽不能使⽤。
按结构，前馈控制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。
⼀个典型的前馈-反馈复合控制系统如图1所⽰。
前馈-反馈复合控制和前馈-串级复合控制系统的⼯程整定⽅法主要有两种：1) 前馈控制和反馈或串级分别整定，确定各⾃参数，然后组合在⼀起；2) ⾸先整定反馈控制系统或串级控制系统，然后再在反馈或串级的基础上引⼊前馈控制系统，并对前馈控制系统进⾏整定。
