第13讲 前馈--反馈控制系统分析

一、 前馈——反馈复合控制系统 1 前馈——反馈复合控制系统的基本概念

前馈——反馈复合控制系统：系统中既有针对主要扰动信号进行补偿的前馈控制，又存在对被调量采用反馈控制以克服其它的扰动信号，这样的控制系统就是前馈——反馈复合控制系统。 2 概念的理解：

(1) 复合控制是指系统中存在两种不同的控制方式，即前馈控制和反馈控制； (2) 前馈控制的作用是对主要的扰动信号进行完全补偿，可以针对主要的扰动信号，设

计相应的前馈控制器；

(3) 引入反馈控制，是为了使系统能克服所有扰动信号对被调量产生的影响；因为除了

已知的主要的扰动信号以外，系统中还存在其它的扰动信号，这些扰动信号对被调量的影响比较小，有的是我们能够考虑到的，有的我们根本就考虑不到或无法测量，都通过反馈控制加以克服；

(4) 系统中需要测量的信号既有被调量，又有扰动信号； 3 前馈——反馈复合控制系统实例分析

混合水温的前馈——反馈复合控制系统（如图3－12所示）。

前馈控制器 执行器 流量测量变送器 调节器 温度测量变送器 冷水调节阀 热水调节阀 混合水温θ 图3－12 混和水温复合控制示意图

4前馈——反馈复合控制系统的组成

前馈——反馈复合控制系统主要由以下环节构成：

(1) 扰动信号测量变送器：对扰动信号进行测量并转换成统一的电信号； (2) 被调量测量变送器：对被调量进行测量并转换成统一的电信号； (3) 前馈控制器：对扰动信号进行完全补偿； (4) 调节器：反馈控制调节器，对被调量进行调节； (5) 执行器和调节机构

(6) 扰动通道对象：扰动信号通过该通道对被调量产生影响； (7) 控制通道对象：调节量通过该通道对被调量进行调节； 前馈——反馈复合控制系统的原理方框图如图3－13所示。

WB(s) Km Z WD(s) R + Wr(s) + KzKf Wob(s) + + C - + Km 图3－13 前馈反馈复合控制系统原理图

为便于分析，通常可将前馈——反馈复合控制系统原理图进行简化，如图3－14所示。

WB(s) Z WD(s) R + Wr(s) + Wob(s) + + C - + 图3－14前馈控制系统简化原理图

5前馈——反馈复合控制系统的特点

(1)系统综合了反馈控制和前馈控制的优点，弥补了它们的缺点，因而前馈——反馈复合控制系统得到了广泛的应用；

(2)引入前馈补偿没有影响系统的稳定性；

很显然，前馈无论加在什么位置，它都不构成闭合回路，系统的特征式保持不变，因而不会影响系统的稳定性。

(3)引入反馈控制后，前馈控制中的完全补偿条件并没有改变；这一点在后面会进行详细的推导。

二 前馈——反馈复合控制系统中前馈控制器的设计

前馈——反馈复合控制系统中前馈控制器的传递函数是根据完全补偿性原理求解的。由图3－14，可求得

C(s)?Wr(s)Wob(s)1?Wr(s)Wob(s)?R(s)?WD(s)?WB(s)Wob(s)1?Wr(s)Wob(s)?Z(s)

要使得扰动Z(s)得到完全补偿，即Z(s)变化时不对被调量C(s)产生影响，应有：

WD(s)?WB(s)W解得：WB(s)＝－WD(s)W(s)ob(3?11)ob(s)1?Wr(s)Wob(s)?0

显然，式（3－11）与式（3－10）完全一样。说明引入反馈控制后，前馈控制中的完全补偿条件并没有改变。

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