二、前馈控制的特点（与反馈控制系统相比）P218
1、是一种开环控制； 2、控制的根据是扰动； 3、前馈调节器的控制律由过程特性决定； 4、多用来抑制可测而不可控的扰动对被控参数的影响； 5、控制及时，理论上可实现对干扰的完全控制； 6、实现的经济性差。一个前馈调节器只能对一个扰动进行补偿。
三、前馈控制系统的结构形式
基本思想：扰动通过扰动通道作用于系统、影响系统的控
制性能。如果扰动是可测量的，且扰动通道的模型可以获得，
那么，可以设计一个补偿器，使得补偿环节对系统的作用与
扰动对系统的影响相互抵消，从而消除扰动对系统的影响。
一、前馈控制
例：换热器前馈-反馈控制系统
前馈作用
工作过程：如果影响被控量的主要扰 动为进料量的流量„„
补偿控制系统 的设计
主要介绍：补偿控制的基本概念和常用的补偿控制方法。
§7.1 补偿控制的基本原理与结构
补偿控制系统按结构的不同可分为四种 1、输入量补偿：将输入量经过处理后，直接向前传递，并与 主控制器的输出进行叠加。 其结构图如下： 输入量补偿器
2、扰动量补偿：将系统的扰动输入量经过处理后，直接向前 传递，并与主控制器的输出进行叠加。 其结构图如下： 扰动量补偿器
1、静态前馈控制系统 扰动通道的静态放大系数
W 0 ) f( W ( S放大系数 只考虑稳态时的校正，即只能保证被控量的静态偏差接 近或等于零。
适用于 W 与 W0(S)滞后相差不大的情形。 f (S)
2、动态前馈控制系统
W S) f( W (S) FF W (S) 0
许多工业对象都具有非周期与过阻尼的特性，因此可以 用一阶或二阶，必要时串联一个纯滞后环节来近似。假如：
F (S )
WFF (S )
W f (S )
-
X (S ) +
-
WC1 (S )
+ +
-
WC 2 (S )
W02 (S )
W01(S )
+ +
Y (S )
W ( S ) 1 W ( S ) W ( S ) W ( S ) W ( S ) W ( S ) W ( S ) Y ( S ) f C 2 02 FF C 2 02 01 F ( S ) 1 W ( S ) W ( S ) W ( S ) W ( S ) W ( S ) W ( S ) C 2 02 C 1 C 2 02 01
Y ( S ) W S ) W ( S ) W ( S ) f( FF 0 F ( S )
当 F(S) 0 时，要实现完全补偿， 必须有：
W ( S ) W ( S ) W ( S ) 0 f FF 0
W S ) f( 即： W ( S ) FF W ( S ) 0
“-”表示前馈控制作用的方向与干扰作用的方向相反。
要实现对扰动 F(S) 的完全补偿，则必须有 ：
W ( S ) 1 W ( S ) W ( S ) W ( S ) W ( S ) W ( S ) W ( S ) 0 f C 2 0 2 FF C 2 0 2 0 1
W S ) f( 即： W ( S ) FF W ( S ) W ( S ) C 2 02 W ( S ) 01 1 W ( S ) W ( S ) C 2 02
扰动作用
前馈控制（描述）：在被控量还未受到影响之前，控制器就 产生了控制作用，在理论上可以彻底消 除误差，实现对扰动的完全补偿。 前馈控制系统的方框图：
F (S )
扰动 扰动通道
W f (S )
WFF (S )
W0 (S )
+ +
被控量
Y (S )
前馈控制器 被控量对于扰动的输出：
对象
Y ( S ) W S ) W ( S ) W ( S ) f( FF 0 F ( S )
能够保证控制过程的静态、动态偏差接近或等于零。
3、前馈-反馈控制系统 前馈-反馈控制系统的结构图如下：
F (S )
WFF (S )
-
W f (S )
X (S ) +
+
-
WC (S )
+
W0 (S )
+ +
Y (S )
W ( S ) W ( S ) W ( S ) W ( S ) W ( S ) f FF 0 c 0 Y ( S ) X ( S ) F ( S ) 1 W ( S ) W ( S ) 1 W ( S ) W ( S ) c 0 c 0
上述两种补偿控制的方法又称为前馈补偿
3、反馈补偿：在主控制器反馈回路中增加一个控制器。
其结构图如下：
反馈补偿器 4、串联补偿：将补偿器与主控制器串联连接。 其结构图如下： 串联补偿器
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§7.2 前馈控制系统
反馈控制系统： 按偏差进行控制 即：干扰作用 被控量偏差 控制器补偿
反馈控制方案本身决定了它无法将干扰克服在被控量偏 离设定值之前，因而限制了控制质量的进一步提高。 既然偏差产生的直接原因是干扰，能否直接按扰动进 行控制？
要实现对扰动 F(S) 的完全补偿，则必须有 ：
W ( S ) W ( S ) W ( S ) 0 f FF 0
W S ) f( 即： W ( S ) FF W ( S ) 0
完全补偿条件与前 馈控制系统相同
前馈-反馈控制系统的优点： • 由于增加了反馈控制回路，降低了前馈控制器的精度要求。 • 利用前馈控制对系统中的主要扰动进行补偿；利用反馈控制 克服其余次要的扰动，保证被控量的稳态精度。 • 既可实现高精度控制（反馈），又能保证系统稳定运行（前 馈）。 4、前馈-串级控制系统 前馈-串级控制系统的结构图如下：
在串级控制系统中，当副回路的工作频率远远大于主回路 的工作频率，则副回路的传递函数可近似表示为：
W ( S ) W ( S ) C 2 02 1 1 W ( S ) W ( S ) C 2 02
W S ) f( 则： W ( S ) FF W ( S ) 01
四、前馈控制作用的实施
前馈控制器的特性是由对象干扰通道和控制通道的特性 确定的，要想获得完全补偿，就必须精确知道上述两通道的 特性。由于工业对象的特性极为复杂，导致了前馈控制作用 形式颇多。但从工业应用的角度看，总是力求控制仪表具有 一定的通用性，以利于设计、运行和维护。