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前馈-反馈控制系统的具体分析及其MATLAB／Simulink

前馈 一反馈控制系统的具体分析

及其MATLAB／Simulink仿真

孙秀丽，王培培

(成都理工大学，四川 成都，610059)

摘要：在被控对象表现出大滞后、干扰频繁的控制系统中，为了使控制及时，且衡量控制效果的性能指

标理想，控制系统中通常引入 补“偿控制器”。本文在补偿控制的基本概念的基础上，结合前馈控制系

统和反馈控制系统的基本原理，系统分析了前馈 一反馈控制系统的实现原理及其所具备的优势。通过

MATLAB／Simulink仿真，深化 了对前馈 一反馈控制系统的理解，并基于MATLAB／Simu1ink完成了PID控

制器参数的工程整定，使控制系统的设计变得简单、易行。

关键词：前馈 一反馈控制系统；MATLAB／Simulink；仿真

1 引言 方法 。

本文在理解补偿控制的基本概念的基础上，结

随着生产过程工艺的发展及技术的进步，对 自 合前馈控制和反馈控制的基本原理，详细介绍了前

动控制系统的要求也越来越高。工业控制对象往往 馈 一反馈控制系统的实现原理 ，综合分析出在过

伴随大量的干扰，采用常规的反馈控制系统有时很 程控制系统中，前馈 一反馈控制系统结合 了单纯前

难获得良好的控制质量，为了适应控制系统中存在 馈控制和单纯反馈控制各 自的优势，保证了其在实

的这些干扰，在控制理论中提出了补偿控制的基本 际 工 程 中 的 广 泛 应 用 条 件 。 给 出 了

概念 。单纯的前馈控制是一种开环控制，只能对指 MATLAB／Simulink仿真技术在前馈 一反馈控制系统

定的扰动量进行补偿控制，且控制系统存在偏差，这 中的应用流程 以及仿真过程中用到的工程整定方

就给前馈控制的广泛应用带来了障碍。而反馈控制 法。并基于MATLABS／imulink完成了PID控制器参

系统调节的依据是控制的偏差， 无法将干扰克服 数的工程整定 ，使控制系统的设计变得简单、易

在被控变量偏离设定值之前，干扰进入系统后，被控 行

变量产生的波动需经过一段时间才能表现出来，这

就限制了反馈控制器作用的充分发挥 】。因此，在 2 前馈 一反馈控制系统的具体分析

工程上往往将前馈与反馈结合起来应用，构成前馈

一 反馈控制系统，这样既能发挥前馈控制作用及时 2．1前馈控制的基本原理[

的优点，又保持了反馈控制能克服多种扰动以及对 图1为前馈控制的基本原理图。前馈控制是按

被控量进行检验的长处，是一种适合过程控制的好 扰动量的变化进行控制的。其控制原理是：当系统出

，●●^ ，^… ^… ；… … --

现扰动时，立即将其测量出来，通过前馈控制器，根 其中，Gc(S)为反馈调节器函数；G(S)，G：(s)

据扰动量的大小来改变控制量，以抵消或减小扰动 为被控对象的传递函数；H(s)为系统输出至系统

对被控量的影响。 给定环节的反馈通道传递函数。在给定值x(s)的

作用下，系统输出为：

Y(s)=X(s)G (s)G (s)G (s)／

(I+G (s)G (S)G (s)H(s)) (2)

前馈控制与反馈控制的比较：