前馈控制器实施方法与优化

由前面的讨论可知，前馈控制器的传递函数均决定于对象干扰通道和控制通道的特性。而要实现对干扰的完全补偿，必须十分精确的知道对象干扰通道和控制通道的特性，这在工业过程中是十分困难的，也是不现实的。实践证明，大部分工业过程都具有非周期与过阻尼特性，常常可表示为一阶或二阶加纯滞后环节。假定系统控制通道的传递函数为

干扰通道的传递函数为

则前馈控制器的传递函数可有如下形式：

式中

τ＝τ₂-τ₁。

当τ₁＝τ₂时，式（7-12）可写为

在式（7-13）中，若T₁＝T₂，则前馈控制器为

G_ff（s）＝＝-K_ff （7-14）

常用的前馈控制器有如下三种：

1.静态型前馈控制器

静态前馈就是不考虑干扰作用被控变量的动态过程，仅保证系统在稳态的补偿作用。静态型前馈控制器的传递函数为G_ff（s）＝＝-K_ff，具有比例特性，实施起来比较容易，K_ff为对象干扰通道与控制通道的静态放大系数之比。当干扰通道与控制通道的动态特性比较相近时，静态前馈控制可以达到好的控制效果。(www.xing528.com)

2.一阶超前-滞后动态前馈控制器

一阶超前-滞后动态前馈控制器的传递函数为

系统的单位阶跃响应表达式为

系统的响应曲线如图7-8所示。当T₁＞T₂时，前馈补偿具有超前性质，即微分特性，适合于控制通道滞后大于干扰通道滞后的场合；当T₁＜T₂时，前馈补偿具有滞后性质，即反微分特性，适合于控制通道滞后小于干扰通道滞后的场合。

一阶超前-滞后动态前馈控制器的实现框图7-9所示。

图7-8 超前-滞后动态前馈控制器单位阶跃响应曲线

图7-9 一阶超前-滞后动态前馈控制器的实现框图

3.具有纯滞后的超前-滞后动态前馈控制器

具有纯滞后的超前-滞后动态前馈控制器的传递函数为