设计两自由度控制系统以实现输出响应和跟踪性能的优化

如果存在不需要的外部信号，或有干扰作用在被控对象上，反馈可以用于减少对被控变量的影响。不需要直接测量干扰，对干扰产生影响的反馈同样也作用在被控变量上（那些变量已经被测量，否则将不存在反馈）。设计合理的反馈会减少被控对象对干扰的敏感性。

很难用前馈控制来实现这一效果，因为为了减小通过输入到级联系统干扰的作用，需要对干扰精确的测量或者先验知识。同理，在开环情况下，如果级联系统发生变化，则自动会影响输出。使用反馈可能减小对系统变化的依赖性，因此可以保持性能。

下面重新讨论已经在前面章节（见图6-11）讨论过的典型反馈控制系统。被控系统或被控对象传递函数G是部分已知的、非线性并且也有可能是时变的。这个系统受到外部输入干扰d的影响，并且d不能被测量。为了简化，我们假设G_d=1。被控对象输出被噪声干扰n影响。测量装置状态转移矩阵为H，被用来抑制或过滤在反馈回路中干扰n的作用。反馈控制是K。参考信号r被输出跟踪，即y≈r。

从设计的角度，存在着反馈控制K、前馈控制F、更小的范围H及测量噪声滤波器的选择问题。K和F共同作用，组成两自由度控制。(www.xing528.com)

反馈可以用来使一个不稳定被控对象稳定，减弱干扰，抑制被控对象变化，及提高跟踪性能。另一方面，就像前面已经提到的，反馈也能够使系统不稳定。反馈的另一个负作用是可以影响测量结果。如果测量不准确（作为如图6-11所示中信号n的结果）将会得到不理想的控制性能。

一旦反馈K（和H）被设计用于实现输出响应和抗干扰的目的，则跟踪的性能可以通过F来修正。由于F在闭环外，它不会对回路产生太大的影响，而且根本不影响稳定性。在这种方式下两自由度控制可以同时实现输出响应和跟踪性能。由于反馈设计可以使价格低输出响应对对象变化的敏感，因此可以首先设计反馈控制，然后设计前馈控制改善系统的跟踪性能。