中北大学课程设计说明书
G(S)?Go(s)Gv(s)G(s)Gm(S)Gc(s)Gv(s)Go(S)fbY(s)?X(s)?F(s)1?Go(s)Gv(s)Go(s01?Gc(s)Gv(s)Go(s)
3-1
要前馈补偿实现对Y(s)的完全补偿，上式的第二项应当为零，即
G(s)?Go(s)Gv(s)G(s)Gm(s)fb?01?Gc(s)Gv(s)Go(s)
3-2
即
G(s)?Go(s)Gv(s)G(s)Gm(s)?0fb
3-3
从而可得
G(s)fG(s)?bGo(s)Gv(s)Gm(s)
3-4
由3-1可知，由于反馈的存在，是干扰F(s)对输出的影响要比开环前馈控制的情况下小[1?Gc(s)Gv(s)Go(s)]倍。在系统的通频带内，控制通道往往有很大的放大倍数，即
1?Gc(s)Gv(s)Go(s)3-5
》1
3-5表明，本来经过开环补偿后，干扰F(s)对被控参数的影响很小，在经过反馈控制进一步减小1?Gc(s)Gv(s)Gm(s)倍，这充分体现了前馈反馈的优越性。
3.2.1 前馈—反馈的模型分析
按照不变性的条件，球的前馈反馈的传递函数的表达式，即
Gb(s)??Gf(s)Gb(s)Gv(s)Gm(s)
实际上，要得到干扰通道特性Gf(s)、控制通道Go(s)的精确数学模型非常困难，往往无法通过计算球的准确的请按亏反馈模型。实践证明，相当数量的工业工程都具有阻尼特性，因此，常常将被控过程的控制通道和抗扰动通道用一介和
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二阶的容量滞后模型来近似，必要的时候串联一个纯滞后环节，这样就为前馈控制器的模型具有了通用性创造了条件。假定控制通道特性为
Go(s)?Ko??ose Tos?1干扰通道特性为
Gf?KfTfs?1e??fs
则前馈控制器的模型可归结为如下形式
KfGf(s)Tfs?1KfTos?1e??fsT1s?1??sGb(s)???????Kbe ?tosKoGo(s)KoTf?1eT2s?1e??osTos?1式中Kb静态前馈系数。Kb?KfKoe??ss；T1?To，T2?Tf，分别为控制通道与
干扰通道的时间常数， ?为干扰通道与控制通道纯滞后的时间差，???f??o。
当?f??o时，上式写为
Gb(s)??KbT1?1 T2?1若T1?T2?To?Tf则可改写为
Gb(s)??Kb
由此可见，常用前馈控制有Kb，Kb3.3 前馈—反馈控制系统整定
前馈反馈控制系统的头动方式有两种。其一，前馈和反馈分别投运，整定后在组合起来；其二，将反馈部分先投运，待整定后，再逐渐加入前馈作用。
在整定前馈反馈控制系统时，反馈回路的前馈控制部分要分别整定。也就是说，当整定反馈回路时，只考虑闭合回路具有适当的稳定余量，而不考虑前馈部分：当整定前馈装置时，不考虑反馈控制引起的稳定性问题。对于具体的整定方法，现已常用的前馈装置KbT1s?1T?1??se ，Kb1T2?2T2?2T1s?1为例，介绍如何确定静态参数Kb，动态参数T2?2中北大学课程设计说明书
T1和T2。 3.3.1 Kb的整定
静态参数Kb是前馈模型中最基本的参数，它对前馈控制系统的运行状态影响很大，首先应该将它定好。主要方法有开环和闭环整定。
1）开环整定
所谓开环整定作单纯的静态前馈运行下施加干扰，Kb值由小逐渐增大时，直到被控量回到设定值，此时，所对应的Kb更视为最佳整定值。在进行整定时，应力求工矿稳定，以减小其他扰动对被控量的影响，否则，Kb值有较大误差。另外，由于系统处于单纯前馈控制状态，在整定过程中被控量推动反馈控制。为了避免由于Kb过大而导致被控时产生太大偏差、影响产生甚至发生事故，因此
Kb值应由小逐步增大。由于这种方法容易影响生产的正常进行，因而在实际生产过程中应用月俩越少。
2）闭环整定
设待定的系统原理框图如图。可以让系统处于前馈—反馈运行状态整定Kb，也可以让系统处于反馈运行状态对Kb值整定。
①前馈—反馈运行状态整定Kb
闭合图中开关K，使系统处于前馈—反馈运行状态。在反馈控制已整定好的基础上，施加相同的干扰作用，由小到大的逐步改变Kb值，知道获得满意的补偿过程。Kb值对补偿的影响如图4所示，图中（b）曲线为Kb值刚好适当。如此时的Kb值较小，将照成欠补偿所示，如图（a）,所示，若Kb值过大则造成过补偿，如图c
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图 4 Kb闭环整定系统框图
a b c ②反馈运行状态整定Kb
打开图中的开关K，使系统处于反馈运行状态。待系统稳定后，记下干扰变送器的输出电流Id0和反馈控制器的输出稳定值Ic0。然后，对干扰 d施加加一增量△d，待反馈终止系统在△d的作用下，被控变量重新回到设定值时，重新记下干扰变送器的输出Id及反馈控制器的输出Ic，则前馈控制器的静态放大系数Kb为：
Kb?Ic?Ic0
Id?Id0式中的物理含义十分的明显。当干扰量为△d时，由反馈控制器产生的矫校正作用改变了（Ic-Ic0），才能使被控量回到设定值，如果前馈控制器来校正，那么Kb值也必须满足这一关系式。
需指出的是，在使用这种方法整定Kb时，反馈控制器应具有积分作用。否则，在干扰作用下，无法消除被控时量的静差。同时，要求工况稳定，尽量减
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少其他干扰的影响。 3.3.2 T1，T2的整定
动态参数决定了动态补偿程度，当T1﹥T2时，前馈控制在动态补偿过程中起超前作用，当T1﹤T2时，起之后作用；当T1=T2的时候只有静态前馈作用。因此，常将T1为超前时间，T2称为滞后时间。根据校正作用在世超前或滞后，便可以决定T1、T2的数值。当T1过大时，由于过补偿而使过渡过程曲线反向超调过高，因此从生产安全的角度出发，前馈控制器的动态参数应从欠补偿开始，按照过渡过程曲线变化的趋势，逐渐试凑逼近。也可以在初次实验时，去T1/T2=2或T1/T2=0.5的数值进行，施加干扰观察补偿过程，首先调整T1或T2，使过补偿曲线达到上、下偏差面积相等，然后再调整T1与T2的比值，直到获得平坦的补偿过度曲线。
3.3.3调节器参数整定方法
1） 稳定边界法
其要点是将调节器设置成纯比例作用，将系统投入自动与运行并将比例带由大到小的改变，直到系统产生等振幅震荡为止。这时控制系统处于边界稳定状态，记下此状态下的比例带值，即临界比例带?K以及振荡周期TK，然后根据经验公式算出比例调节的各个参数。
2） 衰减曲线法
衰减曲线法是利用比例作用下产生的4：1衰减振荡（??0.75）过程时的调节器比例带?s及过程衰减周期Ts，或（10：1）衰减振荡过程时调节器比例带?s及过程上升时间Ts，根据经验公式计算出调节器的各个参数。
3） 响应曲线法
响应曲线法是在系统处于开环状态下，作对象的阶跃扰动实验，根据记录下的节约响应曲线求取一组特征参数?、?、?（有自平衡能力的对象），再根据经验公式计算调节器的各个参数。
4）经验法
通过长期实践，人们总结了一套参数整定经验，称之为经验法。经验法可以说是根据经验进行参数试凑得方法，它首先根据经验设置一组调节