顺馈校正： 以消除或减小系统误差为目的。
前馈校正： 以消除或减小干扰对系统影响。
前馈与反馈控制特点比较
反馈控制的特点 ： 基于偏差来消除偏差； “不及时”的控制 ； 存在稳定性问题； 对各种扰动均有校正作用； 控制规律通常是P、PI、PD或PID等典型规律
前馈控制的特点 ： 基于扰动来消除扰动对被控量的影响； 动作“及时” ； 只要系统中各环节是稳定的，则控制系统必然稳定； 具有指定性补偿的局限性； 控制规律取决于被控对象的特性
若e0太大，则系统将产生较大的滞后。
现代控制
可控性 可观性 稳定性
建模
前馈控制器设计原理
• 不变性原理是实现前馈控制的理论基础。 “不变性”是指控制系统的被控量与扰动量完全
无关，或在一定准确度下无关 • 前馈模型 过程扰动通道与控制通道特性之比决定的，即：
WM
(s)
Wf Wo
(s) (s)
前馈控制的局限性
• 前馈控制属于开环控制方式 ； • 完全补偿难以满足，因为：
– 要准确掌握过程扰动通道特性Wf（s）及控制通道 特性Wo（s）是不容易的；
– 即使前馈模型Wm（s）能准确求出，有时工程上也 难以实现；
– 对每一个扰动至少使用一套测量变送仪表和一个前 馈控制器，这将会使控制系统庞大而复杂。
PID控制器模型
u(t)K pe(t)K I0 te()d K Dd e d (tt)
G(s)KDs2KPsKI s
• 比例系数Kp 的大小决定系统的快速性，越大，系 统响应速度越快，调节精度越高。
• 积分系数Ki 作用是消除系统的静态误差。Ki太大， 系统振荡次数增加，Ki太小系统调节精度降低。
• 微分系统Kd 改善系统的动态特性。Kd过大，则超 调量较大，调整时间过长。
几种改良的PID控制器
积分分离控制基本思路和具体实现的步骤是：
1）根据实际情况，人为设定阈值ε＞0； 2）当∣error(k)∣＞ε时，采用P或PD控制； 3）当∣error(k)∣≤ε时，采用PI或PID控制，以保
证系统的控制精度。
2 抗积分饱和PID控制算法
（1）积分饱和现象
若系统存在一个方向的偏差， PID的输出由于积分作用的不断 累加导致u(k)达到极限位置。此 后若PID控制器的计算输出继续 增大，实际执行装置的控制输出 u(k)也不会再增大，即进入了饱 和区。当出现反向偏差，u(k)逐 渐从饱和区退出。进入饱和区愈 深则退饱和时间愈长，此时，系 统就像失去了控制。这种现象称 为积分饱和现象或积分失控现象。
控制算法
经典控制
• 特点 单输入、单输出的线性定常
（参数不随时间而变化）系统 • 特点简单实用，理论不完善 • 采用试探法设计系统
分析
经验
结果
自动控制理论的发展过程
系统校正
•系统分析：在系统的结构、参数已知的情况下 ，计算出它的性能。 •系统校正：在系统分析的基础上，引入某些参 数可以根据需要而改变的辅助装置，来改善系统 的性能，这里所用的辅助装置又叫校正装置
（2）抗积分饱和算法
在计算u(k)时，首先判断上一时刻的控制量u(k-1)是
否己超出限制范围。若超出，则只累加负偏差；若未 超出，则按普通PID算法进行调节。这种算法可以避 免控制量长时间停留在饱和区。
3 不完全微分PID控制算法
在 PID 控 制 中 微 分 信 号 的 引 入可改善系统的动态特性， 但也易引进高频干扰，在误 差扰动突变时尤其明显。若 在控制算法中加入低通滤波 器，则可使系统性能得到改 善。
5 带死区的PID控制算法及仿真
在计算机控制系统中，某些系统为了避免控制作 用过于频繁，消除由于频繁动作所引起的振荡，可采用 带死区的PID控制算法，控制算式为：
e(k
)
0 e(k )
e(k ) e0 e(k ) e0
式中，e(k)为位置跟踪偏差，e0是一个可调参数，其具 体数值可根据实际控制对象由实验确定。若e0值太小， 会使控制动作过于频繁，达不到稳定被控对象的目的；
不完全微分PID的结构如 图。
上图将低通滤波器直接 加在微分环节上，
左图是将低通滤波器加 在整个PID控制器之后。
4 微分先行PID控制算法
微分先行PID控制的特点是只对输出量y(t)进行微分，而 对给定值r(t)不进行微分。 这种输出量先行微分控制适用于给定值r(t)频繁升降的场
合，可以避免给定值升降时引起系统振荡，从而明显地 改善了系统的动态特性。结构如下图所示。
反馈回路，并在反馈回路内设置传递函数为Gc(s)的 校正元件，则称这种校正形式为反馈校正，如下图
所示。
R(s) +
+
G1 ( s)
-
-
C(s) G2 (s) Gc (s)
H(s) 反馈校正系统方框图
3、前馈控制
如果干扰可测，从干扰向输入方向引入的以消除 或减小干扰对系统影响的补偿通道。
N(s)
Gc(s)
E(s)
G1(s)
G2(s)
H(s)
Gn(s)
C(s)
4、顺馈控制
以消除或减小系统误差为目的，从入方向引入 的补偿通道。
Gc(s)
R(s)
G1(s)
C(s)
G2(s)
H(s)
5、校正类型比较：
串联校正: 分析简单，应用范围广，易于理解和接受.
反馈校正: 最常见的就是比例反馈和微分反馈，微分反馈又 叫速度反馈。
1、积分分离PID控制算法 2、抗积分饱和PID控制算法 3、不完全微分PID控制算法 4、微分先行PID控制算法 5、带死区的PID控制算法
1 积分分离PID控制算法
在PID控制中，引入积分环节的目的主要是为了消除 静差，提高控制精度。但在过程的启动、结束或大幅 度增减设定值时，短时间内系统输出有很大的偏差， 会造成PID中积分运算的过度积累，使控制量超过执 行机构可能允许的最大动作范围，引起系统较大的超 调和振荡，这在生产中是绝对不允许的。
（G1(S)) 。
系统校正的几种常见方法
1、串联校正 如果校正元件与系统的不可变部分串联起来，如图 所示，则称这种形式的校正为串联校正。
R(s) + -
Gc (s)
G0 (s)
C(s)
H(s)
串联校正系统方框图
图中的G0（s）与Gc（s）分别表示不可变部分及校 正元件的传递函数。
2、反馈校正
如果从系统的某个元件的输出取得反馈信号，构成