Feed Forward Control FFC 直接按扰动而不是按偏差进行控制。
提出背景
反馈控制系统 的缺点： 无法将干扰克服在被控制量偏离设计值之前。被控对象总是存在一定的纯滞后和容量滞后，故限制了控制作用的充分发挥。
前馈控制系统对干扰的克服要比反馈控制系统及时得多，干扰发生后，被控量还未显现出变化之前，控制器就产生了控制作用。
前馈与反馈的比较
| 前馈 | 反馈 | |
|---|---|---|
| 检测 | 测干扰，利用干扰控制 | 测被控量，利用偏差控制 |
| 稳定性 | 开环控制 | 闭环控制 |
| 效果 | 控制较为及时 | 存在一定的滞后，控制不及时 |
| 经济性 | 针对特定的干扰 | 可以克服多个扰动 |
前馈的局限性
前馈控制是有局限性的：
- 开环控制，无法对补偿结果进行检测
- 难以对每个干扰均设计前馈控制装置
- 一个固定的前馈模型难以获得良好的控制质量
结构形式
1. 静态前馈
控制器的输出仅仅是输入的函数，与时间无关，只能有效抑制静态偏差
K_{m}(s)= - \dfrac{K_{f}}{K_{o}} \end{align}$$ #### 2. 动态前馈 不但能有效抑制静态偏差；而且能有效抑制动态偏差 $W_{m}(s)$ 为前馈控制的传递函数 $W_{o}(s)$ 为对象的传递函数 $W_{f}(s)$ 为干扰的前向通路传递函数 $$\begin{align} Y(s)=F(s)(W_{f}(s)+W_{m}(s)W_{o}(s))\equiv 0 \end{align}$$ $$\begin{align} W_{m}(s)=- \dfrac{W_{f}(s)}{W_{o}(s)} \end{align}$$ #### 3. 复合控制 **FFC-FBC** (前馈 + 反馈) 既发挥了前馈校正及时的优点，又保持了反馈控制能抑制多个干扰并对被控量始终给予检验的长处。 - 只需**对主要的干扰采用前馈补偿**，大大简化了原来的纯前馈控制系统。 - 反馈回路的存在，**降低**了对前馈**控制精度的要求**，为工程上实现简单的前馈补偿创造了条件。 - 比纯反馈控制**控制精度高、反应速度快**，具有一定自适应能力。 $$\begin{align} \dfrac{Y(s)}{F(s)}= \dfrac{W_{f}(s)+W_{m}(s)W_{o}(s)}{1+ Wc(s)W_{o}(s)}=0 \end{align}$$ > [!important] > > 无论哪种形式的前馈控制系统，前馈控制器的传递函数均可以表示为**对象的干扰通道**和**控制通道**之比 #### 4. 前馈-串级控制 采用[[串级控制系统\|串级控制系统]]：保证前馈控制的精度，常希望控制阀灵敏、线性等。  $$\begin{align} G_{o 2}'(s)=\dfrac{G_{c 2}(s)G_{v}(s)G_{o 2}(s)}{1+G_{c 2}(s)G_{v}(s)G_{o 2}(s)G_{m 2}(s)} \approx 1 \;\; {\color{red}\Rightarrow} \;\;G_{ff}(s)\approx-\dfrac{G_{PD}(s)}{G_{o1}(s)} \end{align}$$ **副回路等效**，一般将副对象的传递函数近似为 1 一般控制器有两个输入信号：给定值和测量值，如果有多个输入信号，应该使用加法器 ### 前馈控制的实施 $$\begin{align} G_{o 1}(s)= \dfrac{K_{1}}{T_{1}s+1} e^{ -\tau_{1}s }\quad G_{PD}(s)= \dfrac{K_{2}}{T_{2}s+1} e^{ -\tau_{2}s } \end{align}$$ $$\begin{align} G_{ff}(s)\approx-\dfrac{G_{PD}(s)}{G_{o1}(s)}= -\dfrac{K_{f}(T_{1}s+1)}{T_{2}s+1}e^{ -\tau_{f}s } \end{align}$$ > [!important] [[通道特性对控制质量的影响\|通道特性对控制质量的影响]] > > **控制通道的纯滞后一定小于扰动通道** ，所以 $\tau _f=\tau_{2}-\tau_{1}>0$