前馈—反馈复合控制系统..

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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。

前馈控制和反馈控制standalone； self-contained； independent； self-governed；autocephalous； indie； absolute； unattached； substantive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。

前馈及复合控制一、前馈及复合控制的基本概念在前面讨论的控制系统中，控制器都是按被控参数或其反馈值及给定值的偏差大小进行控制的，这种控制系统称为反馈控制系统。

对于反馈控制系统无论是什么干扰引起被控参数的变化，控制器均可根据偏差进行调节，这是其优点；但从干扰产生到被控量发生变化以及偏差产生到控制作用产生，再由控制量改变到被控量发生变化，都需要一定的时间，所以控制总是落后于干扰作用。

由于反馈控制的作用机理决定了无法将干扰克服在被控量偏离设定值之前。

因此，对一些滞后较大的对象来说，控制作用总是不及时，从而限制了控制质量的提高。

为了解决上述问题，可以采用按扰动直接进行控制，即当扰动一出现，控制器就直接按扰动的性质和大小，以一定规律进行控制，可使被控量还未变化之前，就克服干扰对系统的影响，从而使控制作用提前和控制精度进一步提高。

这种按干扰进行控制的方式称为前馈控制。

现以图7-16换热器出口温度控制为例作进一步的说明。

图7-16 换热器出口温度控制加热蒸汽通过换热器中排管的周围，把热量传给排管内的被加热物料，物料的出口温度T由蒸汽管路上的控制阀调节。

假设被加热物料的进料流量Q变化是影响被控制量出口温度T的主要扰动。

若采用反馈控制见图7-16 a）所示。

当物料流量Q发生扰动时，要等到出口温度T变化后，产生偏差，控制器才会动作，经控制阀改变加热蒸汽流量以后，又要经过热交换过程的惯性，才会使T变化。

这样可能使T产生较大的动态误差。

如果采用前馈控制方式，见图7-16 b）所示。

用一个流量检测变送器测取扰动量即被加热物料的流量Q，并将信号送到前馈控制器。

前馈控制器经过一定的运算去调节控制阀，以改变蒸汽流量来补偿进料流量Q变化对被控量T的影响。

只要蒸汽量改变的幅度和动态过程适当，就可以显著地减小或完全补偿由于扰动量的波动所引起的出口温度的波动。

假如进料扰动量为阶跃变化，补偿过程见图7－17所示。

图7-17 前馈控制系统的补偿过程图中曲线a为不加控制时的温度阶跃响应，曲线b是前馈控制作用引起的出口温度变化曲线。

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。

前馈控制一、前馈控制系统单回路控制系统和串级控制系统都是反馈控制系统，它主要是根据被控量和给定值的偏差信号来进行控制的。

反馈控制的最大优点是可以克服所有引起被控量发生变化的扰动信号，但它本身也存在很大的缺点，那就是调节不及时，调节总是滞后于扰动，即只有扰动作用于系统引起被控量发生变化，导致调节器输入端的偏差信号发生变化后，调节器才改变输出的调节信号，克服扰动，对被控量进行调节。

与反馈控制相比较，前馈控制直接根据扰动信号对被控量进行调节，调节快速性很好。

1．前馈控制的基本概念前馈控制也称为扰动补偿控制，是指在控制系统中，控制器根据扰动信号作用的大小和方向对被控量进行调节，称这种控制为前馈控制。

2．概念的理解(1)在前馈控制系统中，送给控制器的测量信号是扰动信号，而不是被控量，这和反馈控制存在很大的差别。

反馈控制是将被控量作为测量信号，调节器是根据被控量的测量值与给定值的偏差对被控量进行调节；而前馈控制是直接根据某个扰动信号的变化来对被控量进行调节的。

(2)前馈控制系统中的控制器通常叫做前馈控制器，或者前馈补偿器，该控制器只接收某个扰动作用的测量信号，无给定值输入信号。

因而从严格意义上讲，它不是一个控制器，而是一个补偿器，其作用是补偿扰动信号对被控量所造成的影响。

(3)一个前馈控制器只能对某一个扰动信号进行补偿。

若系统中存在多个扰动信号，则需要设计多个前馈控制器，分别去对多个扰动信号进行补偿。

3．前馈控制系统的结构前馈控制系统主要由前馈控制器、测量变送器、执行器、调节机构和被控对象组成。

其中，测量变送器是对扰动信号进行测量，而前馈控制器的输入信号只有一个，即扰动量的测量信号，无被控量的定值输入信号。

因而前馈控制器实际是一个前馈补偿器，补偿扰动对被控量的影响。

下面结合实例进行分析。

图3-10是一混合水温前馈控制系统示意图。

通过冷水调节阀和热水调节阀分别去调节冷水流量和热水流量，混合水的温度θ是系统的被控参数，要求θ为一定值。

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。

第13讲前馈--反馈控制系统分析一、前馈——反馈复合控制系统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它的扰动信号，这样的控制系统就是前馈——反馈复合控制系统。

2 概念的理解：(1) 复合控制是指系统中存在两种不同的控制方式，即前馈控制和反馈控制；(2) 前馈控制的作用是对主要的扰动信号进行完全补偿，可以针对主要的扰动信号，设计相应的前馈控制器；(3) 引入反馈控制，是为了使系统能克服所有扰动信号对被调量产生的影响；因为除了已知的主要的扰动信号以外，系统中还存在其它的扰动信号，这些扰动信号对被调量的影响比较小，有的是我们能够考虑到的，有的我们根本就考虑不到或无法测量，都通过反馈控制加以克服；(4) 系统中需要测量的信号既有被调量，又有扰动信号；3 前馈——反馈复合控制系统实例分析混合水温的前馈——反馈复合控制系统（如图3－12所示）。

热水调节阀冷水调节阀混合水温θ图3－12 混和水温复合控制示意图流量测量变送器前馈控制器温度测量变送器调节器执行器4前馈——反馈复合控制系统的组成前馈——反馈复合控制系统主要由以下环节构成：(1) 扰动信号测量变送器：对扰动信号进行测量并转换成统一的电信号； (2) 被调量测量变送器：对被调量进行测量并转换成统一的电信号； (3) 前馈控制器：对扰动信号进行完全补偿； (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——反馈复合控制系统的原理方框图如图3－13所示。

C++ 图3－13 前馈反馈复合控制系统原理图Z++-R +W D (s)W B (s)K z K fW ob (s)K mW r (s)K m为便于分析，通常可将前馈——反馈复合控制系统原理图进行简化，如图3－14所示。