下载文档原格式
说明前馈控制与反馈控制各自的优缺点前馈控制与反馈控制是控制系统中常用的两种控制方法。
它们各自具有一些优点和缺点，本文将对这两种控制方法进行详细说明。
一、前馈控制的优点：1. 响应速度快：前馈控制是根据预测模型进行控制，可以提前预测系统的变化趋势，因此能够快速响应外部干扰或参考信号的变化。
2. 稳定性好：前馈控制可以有效抑制系统的不稳定因素，提高系统的稳定性。
通过提前补偿干扰或参考信号，可以减小系统的误差，使系统更加稳定。
3. 控制精度高：前馈控制可以根据预测模型精确地计算出控制信号，避免了传统反馈控制中由于传递函数等原因引起的误差积累，从而提高了控制精度。
4. 抗干扰能力强：前馈控制可以提前补偿系统的干扰，减小干扰对系统的影响，从而提高系统的抗干扰能力。
二、前馈控制的缺点：1. 对系统模型的要求高：前馈控制需要准确的系统模型作为基础，如果系统模型存在误差或不准确，将会导致控制效果下降甚至失效。
2. 对干扰的预测能力有限：前馈控制是根据预测模型进行控制，对于无法准确预测的干扰或非线性因素，前馈控制的效果会受到限制。
3. 对系统参数的变化敏感：前馈控制的控制策略是基于系统模型的，一旦系统参数发生变化，需要重新设计前馈补偿器，对于参数变化频繁或不确定的系统，前馈控制的应用会受到限制。
三、反馈控制的优点：1. 对系统模型的要求低：反馈控制是根据系统的实际输出进行控制，不需要准确的系统模型作为基础，因此适用范围更广。
2. 适应性强：反馈控制可以根据系统的实际输出进行调整，能够适应系统参数变化和干扰的影响，具有较好的适应性和鲁棒性。
3. 控制效果稳定：反馈控制能够通过不断调整控制器的参数，使系统的输出逐渐趋近于参考信号，从而实现稳定的控制效果。
4. 易于实现和调试：反馈控制不需要准确的系统模型和预测算法，通常可以通过实验和试错的方式进行参数调试，具有较好的实用性和可操作性。
四、反馈控制的缺点：1. 响应速度较慢：反馈控制依赖于系统的实际输出，需要等待系统的响应，因此相对于前馈控制而言，响应速度较慢。
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。
控制系统的反馈与前馈控制技术控制系统是现代工程中不可或缺的一部分，它可以用来控制各种各样的系统，从机械装置到电子设备。
控制系统的设计和实现涉及多种技术和方法。
其中，反馈与前馈控制技术是两种常用的控制策略，它们对于提高系统的稳定性和性能至关重要。
本文将介绍控制系统的反馈和前馈控制技术，以及它们的应用和优势。
一、反馈控制技术反馈控制技术是一种通过测量系统输出并与期望输出进行比较，然后对系统进行调整的控制策略。
反馈控制系统通常包括传感器、控制器和执行器。
传感器用于测量系统的输出，控制器根据输出和期望输出之间的差异来指导执行器的行为。
反馈控制技术的基本原理是根据系统的实际运行情况进行实时调整，以达到期望的控制效果。
反馈控制技术具有许多优势。
首先，它可以对系统的不确定性和外部干扰做出快速响应，并自动调整系统以适应环境变化。
其次，反馈控制技术可以提高系统的稳定性和鲁棒性，减少系统运行过程中的波动和振荡。
最后，反馈控制技术还可以实现对系统输出的精确控制，使系统在不同的工作条件下始终保持期望的性能。
二、前馈控制技术前馈控制技术是一种根据系统输入的参考信号预测系统输出，并根据预测结果进行控制的策略。
前馈控制系统通常包括传感器、预测器和执行器。
传感器用于测量输入信号和系统输出，预测器根据输入信号的特征和系统的数学模型来预测系统输出的未来变化，执行器根据预测结果来调整系统的控制策略。
前馈控制技术的主要优势在于它可以通过提前预测和调整系统来消除输入信号对系统性能的影响。
这种技术可以在系统遇到外部扰动或变化时快速响应，从而提高控制系统的性能。
此外，前馈控制技术还可以减少系统运行过程中的误差和稳态偏差，使系统更加可靠和精确。
三、反馈与前馈控制技术的综合应用在实际控制系统中，反馈与前馈控制技术通常会综合应用，以充分发挥各自的优势。
综合应用反馈与前馈控制技术可以实现更加精确和稳定的控制效果，提高系统的性能和鲁棒性。
在一些高精度、高稳定性要求的系统中，反馈控制技术可以提供及时的误差修正，使系统能够在快速变化的工作环境中保持稳定。
说明前馈控制与反馈控制各自的优缺点前馈控制与反馈控制是控制系统中两种常见的控制策略。
它们各自具有优点和缺点，下面将对这两种控制策略进行详细说明。
我们来讨论前馈控制。
前馈控制是一种通过预测和补偿系统的输入来实现对系统输出的控制的方法。
在前馈控制中，控制系统通过测量输入信号的变化，并通过数学模型预测系统输出的变化，从而提前采取相应的控制措施。
这种方法的优点主要体现在以下几个方面。
前馈控制能够快速响应系统输入的变化。
由于前馈控制是提前对系统输入进行预测和补偿，因此可以在输入信号发生变化之前就采取相应的控制动作，从而能够快速调整系统的输出。
这使得前馈控制在需要快速响应的应用中非常有优势，比如飞行器的姿态控制。
前馈控制能够减小系统的误差。
通过提前预测系统输出的变化，前馈控制可以在系统输出发生偏差之前就进行补偿，从而减小系统的误差。
这对于一些对准确性要求较高的应用非常重要，比如机器人的精确定位和轨迹跟踪。
然而，前馈控制也存在一些缺点。
首先，前馈控制需要准确的数学模型。
由于前馈控制是通过数学模型来预测系统输出的变化，因此需要准确地建立系统的数学模型。
这对于一些复杂的系统来说是非常困难的，因为系统的数学模型可能会受到各种因素的影响而产生误差。
前馈控制对系统的不确定性和扰动不敏感。
由于前馈控制是根据预测的输入信号来进行控制的，因此对于系统的不确定性和扰动不敏感。
这意味着前馈控制无法适应系统的实际变化情况，可能会导致控制效果不理想。
接下来，我们来讨论反馈控制。
反馈控制是一种通过测量系统输出并与期望输出进行比较，然后根据比较结果来调整系统输入的控制方法。
反馈控制的优点主要体现在以下几个方面。
反馈控制能够适应系统的实际变化情况。
通过不断测量系统的输出并与期望输出进行比较，反馈控制可以及时调整系统的输入，以适应系统的实际变化情况。
这使得反馈控制在应对系统的不确定性和扰动时非常有效。
反馈控制对系统的不确定性和扰动具有较强的鲁棒性。
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—52.4、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—153.7、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（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所示前馈—反馈复合控制系统的原理图（1）为了方便分析，通常将前馈—反馈复合系统的原理图简化为下图前馈控制系统的简化原理图（2）1.4、前馈—反馈复合控制系统的特点（1）系统综合了反馈、前馈控制系统的优点，弥补了他们的缺点，因而前馈—反馈复合控制系统的到了广泛的应用（2）引入前馈补偿没有影响到系统的稳定性：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）引入反馈控制后，前馈完全补偿条件并没有改变。
1.5、前馈—反馈复合控制系统中前馈前馈控制器的设计前馈—反馈复合控制系统中前馈前馈控制器的传递函数是有完全补偿性原理来求解的由图2可求得要使扰动Z(s)得到完全补偿，即Z(s)变化时不对C(s)产生影响应有：二、控制系统的硬件设计2.1、S7—300系统组成有中央处理器（CPU）、电源单元（PS）、信号模块（SM）、接口模块（IM）、功能模块（FM）、通讯模块（CP）、特殊模板(SM 374仿真器)2.2、CPU315—2DPCPU 315-2DP：具有中到大容量程序存储器和PROFIBUS DP主/接口，比较适用于大规模的I/O配置或建立分布式I/O系统。
2.3、模式选择开关（1）RUN-P：可编程运行模式。
在此模式下，CPU不仅可以执行用户程序，在运行的同时，还可以通过编程设备（如装有STEP 7的PG、装有STEP 7的计算机等）读出、修改、监控用户程序。
（2）RUN：运行模式。
在此模式下，CPU执行用户程序，还可以通过编程设备读出、监控用户程序，但不能修改用户程序。
（3）STOP：停机模式。
在此模式下，CPU不执行用户程序，但可以通过编程设备（如装有STEP 7的PG、装有STEP 7的计算机等）从CPU中读出或修改用户程序。
在此位置可以拔出钥匙。
（4）MRES：存储器复位模式。
该位置不能保持，当开关在此位置释放时将自动返回到STOP位置。
将钥匙从STOP模式切换到MRES模式时，可复位存储器，使CPU回到初始状态。
2.4状态及故障显示SF（红色）：系统出错/故障指示灯。
CPU硬件或软件错误时亮。
BATF（红色）：电池故障指示灯（只有CPU313和314配备）。
当电池失效或未装入时，指示灯亮。
DC5V（绿色）：＋5V电源指示灯。
CPU和S7-300总线的5V电源正常时亮。
FRCE（黄色）：强制作业有效指示灯。
至少有一个I/O被强制状态时亮。
RUN（绿色）：运行状态指示灯。
CPU处于“RUN”状态时亮：LED在“Startup”状态以2Hz频率闪烁；在“HOLD”状态以0.5Hz频率闪烁。
STOP（黄色）：停止状态指示灯。
CPU处于“STOP”或“HOLD”或“Startup”状态时亮；在存储器复位时LED以0.5Hz频率闪烁；在存储器置位时LED以2Hz 频率闪烁。
BUS DF（BF）（红色）：总线出错指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。
出错时亮。
SF DP：DP接口错误指示灯（只适用于带有DP接口的CPU）。
当DP接口故障时亮。
2.4、SM344模拟量输出模块主要输出的4MA—20MA的电流信号转换为5530—27648的数字信号。
三、控制系统的软件设计3.1、硬件组态（1）建立应用工程的一般过程通常情况下，建立一个应用工程大致可分为以下几个步骤：第一步：创建新工程为工程创建一个目录用来存放与工程相关的文件。
第二步：定义硬件设备并添加工程变量添加工程中需要的硬件设备和工程中使用的变量，包括内存变量和I/O 变量。
第三步：制作图形画面并定义动画连接按照实际工程的要求绘制监控画面并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。
第四步：编写命令语言通过脚本程序的编写以完成较复杂的操作上位控制。
第五步：进行运行系统的配置对运行系统、报警、历史数据记录、网络、用户等进行设置，是系统完成用于现场前的必备工作。
第六步：保存工程并运行完成以上步骤后，一个可以拿到现场运行的工程就制作完成了。
3.2、工程管理器的使用组态王工程管理器是用来建立新工程，对添加到工程管理器的工程做统一的管理。
工程管理器的主要功能包括：新建、删除工程，对工程重命名，搜索组态王工程，修改工程属性，工程备份、恢复，数据词典的导入导出，切换到组态王开发或运行环境等。
3.3、新建工程打开组态王后单击此快捷键，弹出新建工程对话框建立组态王工程，点击工程管理器上的“新建”，弹出“新建工程向导之一”如图点击“下一步”弹出“新建工程向导之二”，画面如图点击“浏览”，选择新建工程所要存放的路径如图点击“打开”，选择路径完成，如图点击“下一步”进入“新建工程向导之三”，如图所示，在“工程名称”处写上要给工程起的名字。
“工程描述”是对工程进详细说明（注释作用），我们的工程名称是“流量液位前馈反馈控制系统”点击“完成”会出现“是否将新建的工程设为组态王当前工程”的提示，如下图选择“是”，生成下图所示：组态王的当前工程的意义是指直接进开发或运行所指定的工程。
3.4、组态监控画面1）测试要求的组态流程图界面（要求复显），如图所示3.5、组态变量3.6、软件编程1）STEP_5.5的使用STEP7软件后单机文件新建项目名称为流量液位前馈反馈如图所示点击确定后右键流量液位前馈反馈后插入新对象SIMTTC 300站点如图所示打开SIMTTC 300(1)进行硬件编程如图所示2）模块量程转换模块FC201将5530—27648转化成0—100%如图FC202将0—100%转化成5530—27648如图前馈反馈的算法如图所示1、FB41功能描述使用SFB 41/FB 41 "CONT_C"进行连续控制引言SFB/FB "CONT_C" (连续控制器)在SIMATIC S7可编程逻辑控制器上使用，通过持续的输入和输出变量来控制工艺过程。
在参数分配期间，可以通过激活或取消激活PID控制器的子功能使控制器适应过程的需要。
使用参数分配工具可以轻松完成分配(菜单路径：开始> Simatic > Step7 > 分配PID控制参数)。
开始> Simatic > Step7 > 分配PID控制(英文)中提供了在线电子手册。
应用可以使用该控制器作为PID固定设定值控制器或在多循环控制中作为层叠、混料或比率控制器。
该控制器的功能基于使用模拟信号的采样控制器的PID控制算法，必要时可以通过加入脉冲发生器阶段进行扩展，为使用成比例执行机构的两个或三个步骤控制器生成脉冲持续时间调制输出信号。
注意只有在以固定时间间隔调用块时，在控制块中计算的值才是正确的。
为此，应该在周期性中断OB (OB30至OB38)中调用控制块。
在CYCLE参数中输入采样时间。
描述除了设定值和过程值分支中的功能，SFB/FB还通过持续操作变量输出和手动影响操作值的选项实现了完整的PID控制器。
下文提供了对这些子功能的详细说明：设定值分支以浮点格式在SP_INT输入键入设定值。
过程变量分支可以外设(I/O)或以浮点格式输入过程变量。
CRP_IN功能根据以下公式将PV_PER外设值转换为介于-100和+100 %间的浮点格式值：Output of CPR_IN=PV-PER* 100/27648PV_NORM功能根据以下公式统一CRP_IN输出的格式：PV_NORM的输出= (CPR_IN的输出) * PV_FAC + PV_OFFPV_FAC的默认值为1，PV_OFF的默认值为0。
出错信号设定值和过程变量间的差异就是出错信号。
为消除由于操作变量量化导致的小幅恒定振荡(例如，在使用PULSEGEN进行脉宽调制时)，将死区应用于出错信号(DEADBAND)。
如果DEADB_W = 0，将关闭死区。
PID算法PID算法用于定位计算。
比例、积分(INT)和微分(DIF)操作以并联方式连接，因而可以分别激活或取消激活。
这使对P、PI、PD和PID控制器进行组态成为可能。
还可以对纯I和D控制器进行组态。
手动值可以在手动和自动模式间进行切换。
在手动模式下，使用手动选择的值更正操作变量。
积分器(INT)内部设置为LMN - LMN_P - DISV，微分单元(DIF)设置为0并在内部进行匹配。
