关于前馈控制设计准则
2026年03月02日 09:19:39
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表1总结了前馈控制设计准则，遵守前馈控制设计准则可确保在适当时使用前馈控制。表1中的前两项说明了前馈控制的使用条件。当然，只有当单回路控制不能提供可接受的控制性能时，才有必要进行诸如前馈控制之类的改进。第二个标准要求使用可接受的前馈变量，或者可以以合理的成本增加前馈变量。
潜在的前馈变量必须满足三个标准。首先，它必须表明发生了重大干扰。也就是说，过程干扰和被测前馈变量之间必须存在直接的、可再现的相关性，而且过程干扰必须很重要，即变化频繁并对过程变量产生重大影响，否则没有必要减弱其影响。其次，因为不使用反馈原理，前馈变量不得受操纵变量的影响。注意，该要求明确区分了用于串级控制和前馈控制的过程变量。最后，干扰动态不应快于从操纵变量到过程变量的动态。
表1 前馈控制设计准则
实施前馈控制的条件：①单回路控制不能提供满意的控制性能。②有前馈变量的测量值
前馈变量必须满足下列要求：①前馈变量必须表征重要干扰的发生。②操纵变量和前馈变量必须没有因果关系。③前馈变量动态要比操纵变量输出动态慢(如果有反馈控制时)
这一最终要求与前馈-反馈联合控制系统有关。如果干扰对过程变量的影响非常快，前馈控制不能及时操作操纵变量，会产生偏差。因此，反馈控制器将感知偏差并进一步调整操纵变量。不幸的是，反馈控制将是对前馈控制的补充，因此，将对操纵变量进行双重修正。记住，前馈控制和反馈控制是独立的算法，双重修正会导致过程变量超调，控制性能下降。总之，当扰动动态非常快且存在PID反馈控制时，不应当使用前馈控制。当然，如果不存在反馈，则无论扰动动态如何，都可以应用前馈控制。
前馈控制和反馈控制各有所长，可以弥补彼此的不足。反馈控制的主要优点是：它将所有扰动产生的偏差减小到零。正如我们所看到的，在许多情况下，它可以提供良好的控制性能，但只能在过程变量偏离设定值后才采取纠正措施。然而当被控对象动态有问题时，反馈控制并不能提供良好的控制性能。此外，如果没有正确整定，反馈控制可能会导致不稳定。
前馈控制在过程变量受到干扰之前就起作用，并且在具有精确模型的情况下能够获得很好的控制性能。另一个优点是，在没有反馈控制的稳定系统中，尽管如果设计和整定不当，可能会导致性能下降，但前馈控制器不会导致不稳定。前馈控制的主要缺点是无法消除全部偏差。如上所述，通过将前馈与反馈相结合，前馈控制用于减少可测主要干扰的影响，而反馈控制用于补偿过程模型中的不准确、测量误差和未知干扰。反馈控制和前馈控制对比见表2。
表2 反馈控制与前馈控制对比
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