反馈不可避免的问题是系统输入将会受到对反馈效果测量的影响。这意味着不管任何时候,测量有错误,反馈将会产生错误的反应。由于没有传感器是完全精确的,任何的测量值都会与真实量存在着一些偏离。可以说测量信号是期望的信号加上噪声。
噪声将会不可避免地存在系统中,将会导致不期望的结果。例如在天线结构(见图3-4)中,如果测量噪声激发出谐振,无线电望远镜将会是一个无用的装置。电动机的转速是由一个含有噪声的转速表测量的,如图7-9所示。
因此,我们需要尽可能好的测量装置,如果没有,可以对测量信号进行滤波,既是对噪声的抑制,又保持了必要的反馈信息。
图7-9 测速表和它传递的噪声信号
反馈回路中的滤波器、观测器或者估计器是不同形式的部件,可以从带噪声的测量信息中提取尽可能多的有关系统/信号的信息。滤波器可以利用系统动力学模型,可以区分信号是来自动力学系统内部还是外部进入动态学系统的。有时,被提取的信息不仅仅和被测量的信号相关,同时也和系统中其他内部信号相关,就像状态,可以通过计算知道哪些反馈更加容易。我们将会在下面的章节中探讨这个问题。
如图6-11所示,式6-17已经定义了灵敏度函数:
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在理想条件下,(HGK>>1),这些运算将会简化为
因此,为了降低噪声的作用,反馈滤波器H在给定的频率范围内增益很小,而在该频率范围内,系统的输出/参考输入将会有高增益或者在这个频率范围内放大输入信号。在噪声抑制和参考信号跟踪方面需要权衡设计。控制性能的取舍
在任何反馈控制系统中都存在一个基本的权衡:
跟踪精度高不可避免的减少抗干扰能力。
由于跟踪信号(阶跃、斜坡、正弦)和那些被抑制输出噪声相比是非常不同的(至少从频率观点上),可以策略地在恰当的频率范围上配置跟踪精度。
反馈控制可以通过前馈来弥补,例如设计两自由度控制方法提高整体性能(可见8.6.1)。
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