被控变量的偏差原理

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被控变量的偏差原理

2019-11-11 10:55

众所周知，反馈控制是按被控变量的偏差进行控制的，在系统偏差产生之后，再通过反馈控制使偏差逐步消除。所以，反馈控制的特征是要被控对象先出现民偏差才来进行控制，如果被控对象的滞后很大或经常遭到大的扰动，反馈控制的品质就很差。

前馈控制是按扰动时的变化进行控制的。其控制原理是，当系统出现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根据扰动量的大小来改变控制量，以抵消或减小扰动对被控变量的影响。由于是将系统的扰动信号前馈到控制器，所以称为前馈控制系统。

前馈控制的特征是在偏差尚未出现前，补偿扰动的控制作用就已经开始。当然，最理想的结果是补偿量正好等于扰动对被控变量的影响值。但是这样往往难以做到。

前馈控制一般适用于扰动可测量但不可控和扰动量较大的对象。因为如果扰动量不可测量，前馈控制就无法实现。另一方面，如果扰动量是可控的，则可以采取一定的控制手段冷饮其稳定或消除，也就无需采用较为复杂的前馈控制系统。在许多工程上往往将前馈控制与反馈控制结合使用。这是因为系统中往往存在多种扰动，并不是所有的扰动都能包括前馈补偿环节内，使前馈补偿做不到十分精确。所以，在实际工程中，一般不单独采用前馈控制，而是采用前馈加反馈的控制方式，以充分利用二者的优点。反馈控制的优点就是不论偏差来自何处都可以得到逐步减少或消除。

动态前馈控制

在实际控制系统中，被控对象的控制通道和干扰通道的传递函数往往是不同的。因此，采用静态前馈控制不能很好地补偿动态偏差，尤其是在对动态偏差控制精度要求很高的场合，必须采用动态前馈控制方式。

动态前馈控制的设计思想是，通过选择适当的前馈控制器，使干扰信号经过前馈控制器到被控变量通道的动态特性，完全复制对象干扰通道的动态特性，并使它们的符号相反，从而实现对干扰信号的完全补偿。不仅保证了系统的静态偏差等于零或接近于零，也可保证系统的动态偏差等于零或接近于零。

前馈-反馈控制

实际上单纯的前馈控制是一种开环控制。在控制过程中完全不检测被控变量的信息，因此，它只能对指定的扰动量进行补偿控制，而对其他扰动量无任何补偿作用。即使是对指定的扰动量，由于环节或系统数学模型控制的简化、工况的变化以及对象特性的飘移等，也很难实现完全补偿。

此外，在生产过程中，系统的干扰因素较多，如果对所有的扰动量进行测量并采用前馈控制，必然增加系统的复杂程度。而且有些扰动量本身就无法直接测量，根本就不可能实现前馈控制。因此，实际应用中，通常采用前馈控制与反馈控制相结合的复合控制方式。前馈控制器的特性不会因为增加了反馈回路而改变。前馈控制器用来消除被控变量的病根干扰，反馈控制器用来消除前馈控制器不精确及其他不可测干扰所产生的影响。且引入反馈控制后，可降低对前馈控制模型的精度要求，使控制得以适当简化。因而，前馈-反馈控制系统在实际工程中获得了十分广泛的应用。

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