前馈反馈控制技术讲解
前馈反馈控制系统工作原理
前馈反馈控制系统工作原理下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor.I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!一、前馈反馈控制系统工作原理1.1 前馈控制系统工作原理1.1.1 前馈控制是指在控制系统中，根据系统的预期输入和已知的系统模型，提前计算出控制作用，以抵消预期扰动对系统输出的影响。
第五章2 前馈-反馈控制系统PPT课件
1.静态前馈控制
所谓静态前馈控制，是指前馈调节器的输出量仅仅是其输入量的函数．与时间因 子无关。前馈调节器的控制规律具有比例特性，
其大小可根据过程扰动通道的静态放大系数和过程控制通道的静态放大系数来决定。 静态前馈控制只考虑最终稳态时的校正，所以只能使被控参数最终的静态偏差接
Kf
T1s 1 es 的微分表示形式为：
T2s 1
T2
du f (t) dt
uf
(t)
K
f
[T1
dF (t dt
)
F (t
)]
用差分方程来代替微分方程时：
Ts：采用周期。
du f (t) dt
|t kTs
u
f
(k)
dF (t dt
f
)
|t kTs
F (k
1
df ) Ts
F (k
则有：
Wf (s) K f
KdT1s T1s 1
1
T2s 1 KdT2s
1
K
f
T1s 1 T2s 1
在DDZ-Ⅲ型仪表和组装仪表中，上述前馈模型都有相应的硬件模块。为前馈-反 馈控制的广泛应用提供了方便。
Kf
T1s 1 e s 型前馈控制器 T2s 1
采用该种前馈模型的较少。
东北大学
3.数字仪表实施
/ T2 )
1
(
1 a
1)et
aT1
，这里
a
T1
T2
东北大学
当a>1，T1>T2, 前馈补偿器具有滞后性，适用于控制通道滞后小于干扰通道的场合； 当a<1，T1<T2, 前馈补偿器具有超前性，适用于控制通道滞后大于干扰通道的场合。
前馈反馈控制
前馈反馈控制串级控制的主回路和副回路都是闭环负反馈控制系统。
前馈反馈控制系统的前馈控制是一开环控制，反馈控制是一闭环负反馈控制。
串级是调节被控量使其不偏离给定值，而前馈是专门针对干扰量的，前馈控制一般用在变量无法控制的场合串级控制的副变量和主变量之间一般都有相互干扰因素，这种干扰因素有多大可以简单或者大约量化。
相反，前馈控制变量是不可控的，不仅对调节变量影响大，而且有可能会干扰对主变量的判断，也就是造成假象。
而且，一条前馈路径只能针对一个可测干扰、最常见的过程控制系统有DCS、PLC等，DCS侧重模拟量控制，PLC侧重开关量控制，PLC的开关量控制周期相对DCS来说具有较大优势，能够达到几个毫秒，但是目前2种系统都对自己的弱项进行了强化，因此相互之间差异的越来越小了。
2、反馈控制属于闭环控制，将被控对象的值采集并与设定值进行比较，根据差值来决定控制输出变化，形成闭环。
3、如果在这个差值上叠加可能造成被控对象值变化的另一个对象参数的值与作用系数的乘积，以提前预知被控对象可能的变化趋势并提前做出响应，那么就成了前馈控制。
4、FCS 是现场总线，可以作为DCS系统的现场设备管理层网络，能够通过1根总线连接现场设备，通过专用协议卡接入DCS系统，能够节省大量电缆。
5、串级控制是指由2个PID控制回路组成，分为外环和内环，其中外环的控制输出值作为内环的输入设定值。
前馈反馈控制的原理：前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。
在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现并能被测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者在被调量发生偏差之前抵消。
因此，前馈调节对干扰的客服比反馈调节及时。
但是前馈控制是开环控制，其控制效果需要通过反馈加以检验。
前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。
如果前馈支路出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在反馈支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。
过程控制_第4章_前馈控制系统讲解
前馈—反馈控制系统优点：
（1）由于增加了反馈回路，只需对主要的干扰进行 前馈补偿，其它干扰可由反馈控制予以校正，大大简 化了原有前馈控制系统； （2）反馈回路的存在，降低了前馈控制模型的精度 要求； （3）负荷变化时，模型特性也要变化，可由反馈控 制加以补偿，因此系统具有一定自适应能力。 （4）当前馈信号加在反馈信号之前时，前馈控制器 特性不仅与扰动通道特性和控制通道特性有关，而且 与反馈控制器特性有关。（同学试自己推导）
Y2
前馈-反馈控制方框图
干扰N对被控变量Y的闭环传递函数为：
Y(S)
Wf (S)
Wff (S )Wo (S )
N (S ) 1 TC(S )Wo (S ) 1 TC(S )Wo (S )
Sp - TC(S)
Wff(S)
+
N
Y1
Wf(S)
Wo(S) + Y
Y2
Y(S)
Wf (S)
Wff (S)Wo (S)
单纯前馈控制的存在问题： (1) 补偿效果无法检验：单纯前馈不存在被控变量的 反馈，补偿效果没有检验的手段，前馈作用并没有最 后消除偏差时，系统无法得知这一信息而作进一步的 校正。 （2）多个干扰成本大：由于工业对象存在多个干扰， 势必要设置多个前馈控制通道，因而增加了投资费用 和维护工作量。 （3）控制精度不高：前馈控制模型的精度也受到多种 因素的限制，对象特性要受到负荷和工况等因素的影 响而产生漂移，导致Gff(s)和Gpc(s)的变化。
前馈控制 特点：
①前馈控制器是“测量扰动，消除扰动对被控量的影响”。前 馈调节器又称为“扰动补偿器”。
②扰动发生，前馈控制器动作及时，对抑制由于扰动引起的动、 静态偏差比较快速有效。
反馈控制与前馈控制
反馈控制与前馈控制在控制工程领域，反馈控制和前馈控制是两种常见的控制策略。
它们在不同的系统中发挥着关键作用，具有各自的优点和适用范围。
本文将探讨反馈控制和前馈控制的基本原理、特点和应用。
一、反馈控制的基本原理和特点反馈控制是一种通过监测系统输出并与期望输出进行比较，然后根据比较结果对系统进行调整的控制方法。
其基本思想是不断地纠正系统输出与期望输出之间的误差，以保持系统稳定和精确。
反馈控制的基本原理可以用闭环系统来描述，其中包括传感器、比较器、控制器和执行器等组件。
具体而言，在闭环系统中，传感器用于监测系统的输出，并将输出信号传递给比较器。
比较器将系统的输出信号与期望输出进行比较，并生成误差信号。
控制器将误差信号与系统的参考模型进行比较，并根据比较结果生成控制信号。
最后，执行器接收控制信号，并对系统进行调整，以使输出尽可能接近期望输出。
反馈控制具有以下特点：1. 稳定性：通过反馈迭代调整，反馈控制可以使系统保持稳定，抵抗外界干扰。
2. 自适应性：反馈控制可以根据系统输出的实时变化情况来调整控制信号，以适应不同的工作条件。
3. 鲁棒性：反馈控制对于系统内部参数变化或外界扰动具有一定的鲁棒性，能够保持较好的控制效果。
4. 相对简单：相比于前馈控制，反馈控制的设计和实现相对简单，适用于许多实际系统。
二、前馈控制的基本原理和特点前馈控制是一种基于系统输入与期望输出之间的关系，预先对系统进行控制信号的加法和乘法计算，从而直接实现期望输出。
其基本思想是通过提前预测系统的行为来控制系统，而无需依赖系统的实际输出。
前馈控制的基本原理可以用开环系统来描述，其中包括发生器、执行器和系统模型等组件。
具体而言，在开环系统中，发生器生成预先计算好的控制信号，并将其传递给执行器。
执行器根据控制信号执行相应的操作，并将结果输入到系统模型中。
系统模型对输入进行运算，并生成系统的输出。
通过预先计算好的控制信号，系统的输出可以直接达到期望输出。
前馈控制与反馈控制
前馈控制与反馈控制前馈控制前馈控制是在前苏联学者所倡导的不变性原理的基础上发展⽽成的。
20世纪50年代以后，在⼯程上，前馈控制系统逐渐得到了⼴泛的应⽤。
前馈控制系统是根据扰动或给定值的变化按补偿原理来⼯作的控制系统，其特点是当扰动产⽣后，被控变量还未变化以前，根据扰动作⽤的⼤⼩进⾏控制，以补偿扰动作⽤对被控变量的影响。
前馈控制系统运⽤得当，可以使被控变量的扰动消灭在萌芽之中，使被控变量不会因扰动作⽤或给定值变化⽽产⽣偏差，它较之反馈控制能更加及时地进⾏控制，并且不受系统滞后的影响。
单纯的前馈控制是开环的，是按扰动进⾏补偿的，因此根据⼀种扰动设置的前馈控制就只能克服这⼀扰动对被控变量的影响，⽽对于其他扰动对被控变量的影响，由于这个前馈控制器⽆法感受到，也就⽆能为⼒了。
所以在实际⼯业过程中单独使⽤前馈控制很难达到⼯艺要求，因此为了克服其他扰动对被控变量的影响，就必须将前馈控制和反馈控制结合起来，构成前馈反馈控制系统。
前馈反馈控制系统有两种结构形式，⼀种是前馈控制作⽤与反馈控制作⽤相乘；另⼀种是前馈控制作⽤与反馈控制作⽤相加，这是前馈反馈控制系统中最典型的结构形式。
采⽤前馈控制系统的条件是：1、扰动可测但是不可控。
2、变化频繁且变化幅度⼤的扰动。
3、扰动对被控变量的影响显著，反馈控制难以及时克服，且过程控制精度要求⼜⼗分严格的情况。
反馈控制反馈控制是指在某⼀⾏动和任务完成之后，将实际结果进⾏⽐较，从⽽对下⼀步⾏动的进⾏产⽣影响，起到控制的作⽤。
其特点是：对计划决策在实施过程中的每⼀步骤所引起的客观效果，能够及时做出反应，并据此调整、修改下⼀步的实施⽅案，使计划决策的实施与原计划本⾝在动态中达到协调。
当然，反馈控制主要是对后果的反馈，⽽已铸成的事实是难以改变，且⽤新计划代替旧计划、⽤新决策代替原有决策有⼀个过程需要⼀定的时间，由于系统不能适应情况的变化，将会给⼯作带来不必要的损失。
这就是反馈控制不及预先控制之处。
前馈控制和反馈控制
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。
锅炉汽包水位前馈-反馈控制
炉的物料平衡关系来看，蒸汽量大O于给水量，水位t变
水位H
化应如图中曲线H1所示。但实际情况并非如此。H2
❖ 由于蒸汽用量突然增加，瞬间必导致汽包压力下降。 汽包内水沸腾突然加剧，产生闪蒸O，水H中1 气H 泡迅速t增
加，因气泡容积增加，而使水位变化的曲线如图中的
H2。
❖ 而实际显示的水位响应曲线H为H1与H2的叠加，即H=
17
基础知识
❖ 对于小型锅炉 ❖ 小型锅炉的汽包内，水的停留时间长、负荷变化小，
虚假水位现象不明显，单冲量控制系统可以保证锅炉 的安全运行。 ❖ 对于大型超高压（接近临界压力）锅炉 ❖ 因为在超高压下，汽和水的密度相差不大，虚假水位 现象并不显著，也可以采用单冲量控制。 ❖ 对于大量的大、中型锅炉 ❖ 单冲量控制不能满足要求。
Dpro
锅炉汽包水位前馈-反馈控制
《深入浅出过程控制-小锅带你学过控》
实验目的
❖ 掌握前馈控制系统的特点 ❖ 掌握前馈-反馈控制系统的结构与特点 ❖ 掌握锅炉汽包水位的双冲量控制
2
基础知识
本次实验使用 Boiler 工程，涉及 到的内容是虚线圈 起来的这一部分。
3
基础知识
❖ 汽包 ❖ 经处理的软化水进入除氧器V1101上部的除氧头，进行热力除氧
制规律采用比例特性，实施方便。
26
前馈-反馈控制系统知识
❖ 前馈-反馈控制系统的好处
▪ 利用前馈控制有效地减少干扰对被控变量的动态影响
▪ 利用反馈控制使被控变量稳定在设定值上，保证了系统较高
的控制质量
干扰
前馈 控制器
干扰通道
设定值 -
反馈 控制器
调节阀
被控对象
测量变送
第五章2 前馈-反馈控制系统
东北大学
前馈—反馈控制系统框图
5.2.2 前馈控制系统的结构形式
东北大学
5.2.2 前馈控制系统的结构形式
前馈—反馈控制系统优点：
(1) 由于增加了反馈回路，大大简化了原有前馈控制系统， 只需对主要的干扰进行前馈补偿，其它干扰可由反馈控 制予以校正； (2) 反馈回路的存在，降低了前馈控制模型的精度要求，为 工程上实现比较简单的通用模型创造了条件；
K 1 K ] T2 s 1
T1 1时，有 T2 (T1/T2 )-1 T T s 1 1 1 1] K f 1 T2 s 1 T2 T2 s 1
W f ( s) K f [
东北大学
常规仪表实现时，由一个正微分器、反微分器及比值器串联而成。
K T s 1 正微分器的传递函数： W正 ( s ) d 1 T1s 1 T2 s 1 K d T2 s 1
Wm (s)
o ，则动态前馈控制器为
K f (T o s 1) Ko (Tf s 1) Km (T o s 1) Tf s 1
K o (T f s 1)
W f ( s) Wo (s)
如果 T f To ，则
Wm (s) Km (s)
显然，当被控对象的控制通道和干扰通道的动态特性完全相同时， 动态前馈补偿器的补偿作用相当于一个静态放大系统。实际上，静态前 馈控制是动态前馈控制的一种特殊情况。
(3) 负荷变化时，模型特性也要变化，可由反馈控制加以补 偿，因此具有一定自适应能力。
东北大学
5.2.2 前馈控制系统的结构形式 前馈—反馈控制系统的局限性： (1) 前馈控制器的输出与反馈控制器的输出相叠加后送至控制
阀，这实际上将所要求的物料流量与加热蒸气流量对应关系
控制系统的反馈与前馈控制技术
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。
第五章2前馈-反馈控制系统
5.2.3 前馈控制规律
2.模拟仪表实施
• KF型前馈调节器：利用常规的比例调节器等仪表来实现。
WFF (s) K F
•
KF
T1 s T2 s
1 1
型前馈调节器：一阶超前-滞后的前馈控制器。
不考虑Kf时，这种前馈控制器在单位阶跃干扰作用下的时间特性表示为：
m
f
(t)
1
T2 T1 T2
T2s 1
-
+
输出
+
K
t
W
f
(s)
K
f
[
T2
K s 1
1
K
]
K T1 1 T2
令K T1 1时，有 T2
Wf
(s)
K
f
[(T1/T2 )-1 T2s 1
1
T1 T2
1]
Kf
T1s 1 T2s 1
东北大学
常规仪表实现时，由一个正微分器、反微分器及比值器串联而成。
(3)前馈控制模型的精度也受到多种因素的限制，对象特性要 受到负荷和工况等因素的影响而产生漂移，导致扰动通道 的传递函数和控制通道的传递函数的变化。
东北大学
5.2.2 前馈控制系统的结构形式
3．前馈-反馈控制系统
反馈控制：在稳态时，使系统在稳态时能准确地使被控量等于给定值； 前馈控制：在动态时，依靠前馈控制能有效地减少被控量的动态偏差，从而提高 控制质量。 在过程控制中这是一种较理想的控制方案.
误差分析： 由于对象干扰通道和调节通道的动态特性
不同所引起的动态偏差，这种偏差是静 态前馈控制无法避免的。
前馈反馈控制技术讲解
冷凝液
6.4.1 反馈控制和前馈控制的特点--前馈控制的特点
前馈控制器“基于扰动来消除扰动对被控量的影 响”，又称前馈控制为“扰动补偿”。 扰动发生后，前馈控制器“及时”动作，对抑制被 控量由于扰动引起的动、静态偏差比较有效。 前馈控制属于开环控制。因此只要系统中各环节是 稳定的，则控制系统必然稳定。 一条前馈只对被前馈的可测而不可控的扰动有校正
R(s)
Dn(s) Un(s) E(s) U(s) D(s) G(s)
N(s)
Gn(s) Y1(s) + + Y2(s) Y(s)
(b)
Y (s) Gn (s) N (s) Dn (s) D(s)G(s) N (s) D(s)G(s)Y (s) 传递函数为： Y ( s) Gn ( s) Dn ( s) D( s)G ( s) N ( s) 1 D( s)G( s) 在完全补偿条件下（绝对不变性），前馈控制器为：
e不变性：指系统在扰动f(t)的作用下，被控参数y(t)的偏 差小于一个很小的e值。即|y(t)|<e，[当f(t)不为零时]。
稳态不变性：指系统在扰动f(t)的作用下，虽然被控参数 y(t)的动态偏差不为零，但其静态偏差恒为零，即：
lim y (t ) 0, [ f (t ) 0]
Gn ( s ) G (s)
6.4.3 前馈控制的几种结构形式--前馈－反馈控制系统
前馈－反馈控制系统 （一） 前馈控制的局限性 前馈控制属于开环控制。故一般不单独使用前馈控制；
完全补偿难以实现。（1）难以准确地掌握过程扰动通 道和控制通道Gn(s) 和G(s)的特性。有些过程对象常含有非 线性特性，在不同的工况下，动态性能参数将变化，单一 的前馈模型难以适应。（2）有些前馈模型Dn(s)难以实现， 只能用计算机完成。（3）一个扰动需要一个测量变送装 置，干扰多时，造成控制系统庞大。
前馈控制名词解释生理学
前馈控制名词解释生理学
前馈控制：
前馈控制是一种调节生命活动的机制，它通过反馈信息来调节身体各个部分的功能。
前馈控制是由一个系统的调节元件来实现的，通常有三个部分：检测器、调节器和受控变量。
检测器用来辨识受控变量的变化，调节器根据辨识到的变化，采取一定的行动和改变受控变量，从而使得受控变量保持在一定的稳定水平上。
在生理学上，前馈控制技术主要是用来调节人体内的机能。
它的原理是：检测器监测身体内的某种条件，如体温、血压等，然后根据检测结果调节身体内的机能，使其保持在一个稳定的状态。
例如，当身体体温过高时，检测器就会检测到这一变化，告诉调节器，调节器就会采取一定的措施来降低体温，从而让身体保持在正常的温度水平上。
- 1 -。
说明前馈控制与反馈控制各自的优缺点
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。
第六章 前馈-反馈控制
1+ WT (s)WD (s)
1+ WT (s)WD (s)
由于WDZ(S)≠0，因此扰动对系统输出是有影响的。
（2）复合控制系统补偿控制的控制规律不仅与对 象控制通道和干扰通道的传递函数有关，还与反馈调 节器的位置有关。
若复合控制系统的组成如下图所示，反馈调节器与
上图相比，不是放在前馈信号前面，而是放在它的后
的情况下，经过前馈控制以后，被调量不变，即实现了所 谓“完全补偿”，此时：
Y(s) / D(S) = GD(S)+ G (S)Gm(S)=0
所以，前馈控制器的控制规律为：
Gm(S)= -GD (S)/ G(S)
6-2 （）
上式说明前馈控制的控制规律完全是由对象特性 决定的，它是干扰通道和控制通道传递函数之商，式 中负号表示控制作用的方向与干扰作用相反。
三、复合控制
1. 基本原理
工程实际中，为克服前馈控制的局限性从而提高控 制质量，对一两个主要扰动采取前馈补偿，而对其它引 起被调参数变化的干扰采用反馈控制来克服。以这种形 式组成的系统称为前馈一反馈复合控制系统。前馈-反 馈复合控制系统既能发挥前馈调节控制及时的优点，又 能保持反馈控制对各种扰动因素都有抑制作用的长处， 因此得到了广泛的应用。
(
s
)
⋅
Z
(s)
因为1+ WT(S) WD(S)≥l，因此
Y1' (s) ≪ Y1(s)
对于其他未经过补偿的扰动作用也有类似的结果。
（4）前馈补偿对于系统的稳定性没有影响。
这一点是显而易见的，因为前馈无论加在什么位 置，它都不构成回路，系统的输入一输出传递函数的 分母均保持不变，因而不会影响系统的稳定性。
《前馈反馈控制技术》课件
机器人
反馈控制在机器人中的应用，可以帮助其实现精确 定位和动作。
反馈控制的分类与应用
位置反馈控制
通过反馈机制控制物体的位置，用于机器人、 自动定位和制造商。
速度反馈控制
通过反馈机制控制物体的速度，用于车辆、飞 机和航天器。
力反馈控制
通过反馈机制控制力的大小和方向，用于船舶、 压力系统和自动化加工。
前馈反馈控制技术
本课程将探讨前馈和反馈控制的基本概念、应用和设计方法，并介绍前馈反 馈控制在现实世界中的成功案例。
前馈控制的分类与应用
工厂自动化
前馈控制在工业生产中的广泛应用，可以提高质量 和生产效率。
智能汽车
前馈控制在自动驾驶技术中的应用，可以使汽车更 快、更安全地行驶。
航天器发射
前馈控制在航天发射中的应用，可以保护载荷和发 射器免受损坏。
温度反馈控制
通过反馈机制控制温度，用于热管理、环境控 制和加热器。
PID控制器的设计
PID控制器的原理
比例、积分和微分控制组成了PID控制器，用于自动 调节和控制各种系统。
PID控制器的应用
PID控制器在许多行业中具有广泛的应用，包括制造、 环境和机器人。
前馈反馈控制的应用举例
1
飞行器导航控制
前馈控制和反馈控制可以实现精确的制导和航向控制，用于航空和航天器。
前馈控制的设计方法
1
设计前馈控制器
2
设计前馈控制器需要考虑系统的稳定性
和性能指标。
3
确定系统的数学模型
建立系统的数学模型可以帮助设计有效 的前馈控制器。
测试和调试控制器
测试和调试控制器可以确定其实际效果， 并在需要时进行调整。
反馈控制基础知识
前馈、反馈、三冲量控制介绍
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。
第13讲前馈--反馈控制系统分析
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。
热工控制系统课堂第七章前馈-反馈复合控制系统
测量元件
用于测量被控对象的输入信号 和输出信号，以便进行反馈控
制。
系统软件配置
控制算法
根据被控对象的特性和控 制要求，选择合适的控制 算法，如PID控制、模糊控 制等。
数据处理
对传感器和测量元件采集 的数据进行预处理和后处 理，以提高控制精度和稳 定性。
人机界面
提供操作人员与控制系统 交互的界面，方便操作人 员进行监控和调试。
系统调试与优化
参数调整
根据实际运行情况，对控制系统 的参数进行适当调整，以提高控
制效果。
性能测试
对控制系统的性能进行测试，包 括响应速度、控制精度、稳定性
等指标。
系统优化
根据性能测试结果，对控制系统 进行优化，包括硬件配置、软件
算法等。
05
前馈-反馈复合控制系统 的应用案例
工业过程控制中的应用
考虑抗干扰措施
针对可能存在的干扰因素，采取适 当的抗干扰措施，以提高系统的稳 定性和可靠性。
04
前馈-反馈复合控制系统 的实现
系统硬件配置
01
02
03
04
传感器
用于检测被控对象的输出信号 ，并将其转换为电信号或数字
信号。
控制器
接收传感器信号，根据控制算 法计算出控制信号，并输出到
执行器。
执行器
接收控制信号，驱动被控对象 进行动作。
02
前馈控制系统的设计
确定系统参数
01
02
03
输入参数
确定输入参数是前馈控制 系统的第一步，这些参数 通常包括温度、压力、流 量等。
输出参数
输出参数是系统需要控制 的变量，例如温度、压力 等。
过程参数
前馈控制和反馈控制
前馈控制和反馈控制前馈反馈控制讲解前馈控制系统前馈反馈控制讲解内容前馈控制的由来与原理静态前馈控制系统前馈控制系统的动态补偿前馈反馈控制系统结论前馈反馈控制讲解一、基本原理及特点问题：过程特性决定了它被控制的难易，一个本性难控的过程具有Kf大、Tf_lt;To、τ o/To大的特点，难控过程受到较大扰动后，反馈控制的效果将不令人满意。
下面分析其原因，并讨论相应对策。
原因相应措施⒈本性难控过程克服扰动的稳定时间长⒈将扰动克服在被控变量偏产生偏差大；离设定值之前⒉反馈控制器不会区别偏差产生的原因，⒉针对较大可测和不可控的只是减少偏差，直到趋近“0”; 扰动采取措施，使被控变量在扰动下基本不变⒊扰动产生频率过高，将使系统振荡；⒊开环控制“前馈控制方案前馈反馈控制讲解一、基本原理及特点D1 前馈控制器对象 y DnD1,……,Dn 为可测扰动；u, y分别为被控对象的操作变量与受控变量。
u前馈控制思想：在扰动还未影响输出以前，直接改变操作变量，以使输出不受或少受外部扰动的影响。
前馈控制定义：是测取进入过程的干扰(包括外界干扰和设定值变化，并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使被控变量维持在设定值上。
例如，我们以换热器前馈控制系统来说明其方案控制过程前馈反馈控制讲解一、基本原理及特点换热器控制方案举例蒸汽蒸汽TCHV, RVFFHV, RV工艺介质RF工艺介质cp, RF , T1凝液T2cp, RF , T1凝液T2反馈控制方案前馈控制方案前馈反馈控制讲解一、基本原理及特点换热器前馈控制方块图d(t) GYD (s) u(t) GFF (s) GYC (s)+ +Y ( s) GYD ( s) GFF ( s)GYC ( s) 0 D( s )控制目标：D(S)≠0时，要求Y(S)=0本例中，d (t)、u (t)、y (t) 分别表示工艺介质流量(外部干扰)、蒸汽流量(控制变量)与工艺介质的出口温度(被控变 y(t) 量);GFF(s)为前馈控制器的动态特性；GYD(s)、GYC(s)分别为干扰通道与控制通道的的动态特性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
当f(t)不为零时，该系统的不变性定义为：y(t ) 0 按照控制系统输出参数与输入参数的不变性程度， 有绝对不变性、e不变性和稳态不变性等几种不变性类型。
6.4.2 不变性原理与前馈控制器设计
绝对不变性：指系统在扰动f(t)的作用下，被控参数y(t)在
整个过程中始终保持不变。即e动＝e静＝0。如下图所示。
Gn ( s ) G (s)
6.4.3 前馈控制的几种结构形式--前馈－反馈控制系统
前馈－反馈控制系统 （一） 前馈控制的局限性 前馈控制属于开环控制。故一般不单独使用前馈控制；
完全补偿难以实现。（1）难以准确地掌握过程扰动通 道和控制通道Gn(s) 和G(s)的特性。有些过程对象常含有非 线性特性，在不同的工况下，动态性能参数将变化，单一 的前馈模型难以适应。（2）有些前馈模型Dn(s)难以实现， 只能用计算机完成。（3）一个扰动需要一个测量变送装 置，干扰多时，造成控制系统庞大。
第六章 常规控制技术（二） 6.4 前馈反馈控制技术
6.4.1 反馈控制和前馈控制的特点 6.4.2 不变性原理与前馈控制器
6.4.3 前馈控制的几种结构形式
前馈反馈控制
前面各部分讨论的控制系统，都是带有反馈的闭环系 统。当被控系统受到扰动后，必须等到被控参数出现偏差，
控制器才有动作，以补偿扰动对控制参数的影响。
t
6.4.2 不变性原理与前馈控制器设计--前馈控制器
2、前馈控制器： 前馈控制器的设计依据是不变性原理。前馈控制系统由 两部分组成。当扰动发生后，通过扰动通道引起被控量的
变化。同时，前馈控制器根据扰动的性质及大小对过程的 控制通道施加控制，使被控量发生与前者相反的变化，以 抵消扰动对被控对象的影响。
作用，而对系统中的其它扰动无校正作用。
前馈控制器的控制律有时较复杂。
6.4.2 不变性原理与前馈控制器设计--不变性原理
1、不变性原理：控制系统的被控量与扰动量完全无关， 或在一定的准确度下无关。
任何一个系统，总是希望被控量受扰动的影响越小 越好。如图： f(t) y(t)
被控对象 扰动 被控量
蒸汽 kv TC
温度调节器
20
pD q
qD
温度传感器
TT q
1
热交换器
2
冷凝液
6.4.1 反馈控制和前馈控制的特点--反馈控制的特点
pD q
1
20
-
TC
kv
2
广义被控对象 TT
上图中，当扰动（物料流量q，入口温度1，蒸汽压力pD）
发生后，引起：
2 e 20 2 kv qD 2
冷凝液
6.4.1 反馈控制和前馈控制的特点--前馈控制的特点
前馈控制器“基于扰动来消除扰动对被控量的影 响”，又称前馈控制为“扰动补偿”。 扰动发生后，前馈控制器“及时”动作，对抑制被 控量由于扰动引起的动、静态偏差比较有效。 前馈控制属于开环控制。因此只要系统中各环节是 稳定的，则控制系统必然稳定。 一条前馈只对被前馈的可测而不可控的扰动有校正
f(t)
t y(t)
图中；f(t)为扰动，y1(t)为由扰动 引起的被控参数的变化。y2(t)为
y1 (t )
t
前馈控制器对被控参数的影响。 y(t)为被控参数的实际变化量。 y(t)=y1(t)+y2(t)=0
y (t ) y1 (t ) y 2 (t )
y 2 (t )
6.4.2 不变性原理与前馈控制器设计
6.4.3 前馈控制的几种结构形式--静态和动态前馈控制系统
静态前馈控制系统 根据稳态不变性原理设计静态前馈控制器。这种补偿 只能在稳态时实现对扰动的补偿。
Gn ( s ) Dn ( s) Km G( s)
动态前馈控制系统 根据绝对不变性原理设计动态前馈控制器。
Dn ( s )
e不变性：指系统在扰动f(t)的作用下，被控参数y(t)的偏 差小于一个很小的e值。即|y(t)|<e，[当f(t)不为零时]。
稳态不变性：指系统在扰动f(t)的作用下，虽然被控参数 y(t)的动态偏差不为零，但其静态偏差恒为零，即：
lim y (t ) 0, [ f (t ) 0]
6.4.1 反馈控制和前馈控制的特点--反馈控制的特点
反馈控制的特点为：
反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差”。如果没有 偏差出现，也就没有控制作用。 无论扰动发生在那里，总要等到引起被控量发生偏差后，
调节器才动作。故调节器的动作总是落后于扰动作用的发 生，是一种相对“不及时”的控制。
6.4.1 反馈控制和前馈控制的特点--前馈控制的特点
若能在扰动出现时就进行控制，而不是等到偏差发生
后再进行控制，这样就能更有效地消除扰动对被控参数的 影响。前馈控制就是依据这个思路提出来的。
6.4.1 反馈控制和前馈控制的特点--反馈控制的特点
• 反馈控制的特点 [例]如图所示为换热器温度控制系统原理框图。图中：Q2 为热流体温度；Q1为冷流体温度，q为流体的流量，qD为蒸 汽的流量，pD为蒸汽的压力，kv为调节阀开度。
6.4.2 不变性原理与前馈控制器设计--前馈控制器的典型结构
前馈控制器的典型结构
图中，Gn(s)是被控对象扰动通道的传递函数；Dn(s)是前馈
控制器的传递函数；G(s)被控对象的传递函数。n为可测不 可控的干扰；y为被控参数；假定u1＝0，有：
Y (s) Y1 (s) Y2 (s) [ Dn (s)G(s) Gn (s)]N (s) 整理得：Y ( s) Dn ( s)G ( s) Gn ( s) N ( s)
6.4.2 不变性原理与前馈控制器设计--前馈控制器的典型结构
根据绝对不变性原理：
Y ( s) Dn ( s)G ( s) Gn ( s) 0 N ( s)
由此得到前馈控制器传递函数为：
Gn ( s ) Dn ( s ) G (s)
也可由e不变性或稳态不变性原理来设计前馈控制器。（略）
• 前馈控制的特点 [例]换热器前馈控制。如果该系统中物料流量q是被控量2 的主要扰动。如果q变化频繁且幅值大，对出口温度2的影 响最大。这时可考虑采用前馈控制。
蒸汽 qD 前馈控制器 kv
u ft
前馈控制器 qD
q
Hale Waihona Puke 2广义被控对象流量传感器 q q
热交换器
2
q u ft kv 2