前馈比值总结

前馈部分：

前面已经学过串级控制，其基本思想是基于双反馈控制，如果过程干扰发生后，其首先影响到的会是过程的中间变量，因此只要我们引入内环反馈，检测中间提前感知扰动的发生，并给出补偿，就能比单闭环系统调节更加及时。

但无论是单闭环系统还是双闭环系统，归根结底都是反馈控制原理。而单纯的反馈控制存在如下局限性：

（1）从反馈的固有特性来看

○1即便原先各环节都是稳定的，加入反馈构成闭环控制后也可能导致系统不稳定，需要做进一步分析。

○2假如扰动频繁，由于任一反馈回路有它固有的自然频率，回路可能会很难达到稳定状态。

（2）从反馈的基本原理来看

反馈控制是“基于偏差的控制”，因此只有先计算出偏差，才有反馈的控制，因此其是一个“不及时”的控制，不可能到达完美程度。

（3）从反馈的方法角度来看

反馈控制是基于“试错法”进行的，需要一段时间不断地改变输出值去匹配给定值，因此会产生振荡、超调等等问题。

这就是我们要引入前馈控制的原因。

在过程干扰刚刚出现时就及时做出补偿，这就是前馈控制。它与反馈控制的区别在于不必去检测中间变量来去判断扰动的发生和去修正，而是在干扰一出现时就给予补偿，以避免其对中间变量及控制量产生影响。因此，其最大的优点在于无论扰动何时出现，都可以立即开始校正，使扰动在影响被调量之前就被抵消掉。

当然，前馈控制有个非常重要的前提就是这个过程干扰一定是可测的，如果不可测，对其补偿无从谈起。

在d2满足以下三个条件时：

○1该扰动变量可以可靠地测量；

○2该扰动变量不受过程输入变量u的影响（若受则构成闭环反馈）；

○3此干扰通道与调节通道的动态特性相近；

则可引入如图所示的前馈控制。

易得在能得到在有过程扰动和前馈控制下系统传递函数为

则可计算得前馈补偿传递函数应满足

此时即可实现对干扰量d2的完美补偿。

比较通用的前馈控制器结构是

这个结构中有四个参数，各参数的作用如下：

○1增益K ff代表干扰通道与调节通道中过程稳态增益的比值，其作用是放大补偿器的输出响应。

○2τff是纯滞后时间常数，可以延迟前馈控制器的响应，当扰动通道纯滞后比调节通道过程纯滞后大时（扰动比主调节来得慢），使补偿器不会过早地影响受控变量。当然，如果扰动通道纯滞后比调节通道过程纯滞后小时（扰动比主调节来得快），则该常数变为负，可提前预测扰动的发生从而动作。

○3T lag和T lead是滞后、超前时间常数，可以对控制器的动态响应进行整形。

（1）如果干扰通道内扰动比调节通道内变量行进地慢时，需设置T lag>T lead，使滞后时间比较长，则此时控制器输出随时间单调增长。

（2）如果干扰通道内扰动比调节通道内变量行进地快时，需设置T lag

○1前馈控制属于开环控制方式，无法对偏差做进一步处理；

○2完全补偿难以实现，因为要准确地掌握对象扰动通道特性和调节通道特性是不容易的，即使能求出前馈模型，在工程上也不一定能实现；

○3前馈控制具有指定性补偿的局限性，只能对系统中被前馈的扰动中可测部分有校正作用；

○4对不可测干扰无法实现前馈控制；

○1反馈控制系统的稳定性条件不会因为引入前馈环节而有改变；

○2前馈补偿调节算法的参数等方面不因引进基于偏差的反馈控制而改变；

○3前馈扰动对于控制变量的影响由于反馈的引入而大大减弱；

○4对于除引入前馈补偿的扰动之外的其他扰动，可以通过反馈补偿实现稳态不变性；

单闭环控制系统控制结构简单，成本较低，易于设计，对于要求不高的控制系统或干扰较少、易控系统比较适用；

串级控制系统相比单闭环系统改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量，且能迅速克服进入副回路的二次扰动，提高了系统的工作频率。但它结构较为复杂，且需要多个调节器、变送器等，成本较高；且受到单纯的反馈控制的局限性，如反馈是“不及时”的、基于“试错法”的控制等。

前馈控制系统是基于“扰动”的控制，可以在扰动影响到被调量之前就将其抵消，可以对难控系统进行有效控制，但是它也有一定的局限性，比如扰动是要可测的，且单纯的前馈控制系统是开环控制，一般不采用；

前馈-反馈控制系统综合了“反馈”和“前馈”的优点，可以选择对象中主要的一些可测干扰作为前馈信号引入前馈控制，对其他引起被调参数变化的各种干扰则采用反馈调节，这样可以更快地抑制干扰，进一步提高调节质量，应该是比较完美的控制系统。但它仍受到部分“前馈”与“反馈”的局限性限制。

比值部分：

凡是用来实现两个或两个以上的物料按一定比例关系关联控制，以达到某种控制目的的控制系统，称为比值控制系统。

（1）单闭环比值控制系统

通过FT1测量Q1再经过比值器放大或者缩小后作为副流量负反馈回路的设

定值。当主流量发生改变时，设定值也会跟着发生改变，副流量的输出通

过负反馈调节也跟着发生改变，从而保证主流量跟副流量的比值不变。

（2）双闭环比值控制系统

双闭环比值控制系统就是在主流量支路上增加了一个负反馈，这样就可以

控制主流量的输出。副流量的输出控制方法与单闭环一样。

（3）变比值控制系统

变比值控制系统与单闭环控制系统一样，只是增加了一个控制器来控制比

值器的比值。当我们需要改变主流量与副流量的比值的时候就可以通过这

个控制器来改变比值器，达到改变主流量与副流量的比值的目的。

比值控制系统就是在两个或者多个单闭环控制系统之间建立联系，使主流量与副流量始终保证比值不变。当主流量出现扰动而发生改变时副流量也会跟随主流量发生改变。如果只是单纯的两个单闭环系统当一个回路出现扰动时就会导致比值发生改变。