實(shí)驗(yàn)名稱：前饋控制系統(tǒng)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：實(shí)驗(yàn)四前饋控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）通過本實(shí)驗(yàn)，了解前饋控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理。（2）掌握前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和控制器的參數(shù)整定方法。二、實(shí)驗(yàn)原理干擾對(duì)系統(tǒng)的作用是通過干擾通道進(jìn)行的。前饋控制的原理是給系統(tǒng)附加一個(gè)前饋通道（或稱前饋控制器），使所測(cè)量的系統(tǒng)擾動(dòng)通過前饋控制器改變控制量。利用擾動(dòng)所附加的控制量與擾動(dòng)對(duì)被控制量影響的疊加消除或減小干擾的影響。前饋控制系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：1)屬于開環(huán)控制只要系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)是穩(wěn)定的，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定。但若系統(tǒng)中有一個(gè)環(huán)節(jié)不穩(wěn)定，或局部不穩(wěn)定，系統(tǒng)就不穩(wěn)定。另外，系統(tǒng)的控制精度取決于構(gòu)成控制系統(tǒng)的每一部分的精度，所以對(duì)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)精度要求較高。2)很強(qiáng)的補(bǔ)償局限性前饋控制實(shí)際是利用同一干擾源經(jīng)過干擾通道和前饋通道對(duì)系統(tǒng)的作用的疊加來消除干擾的影響。因此，固定的前饋控制只對(duì)相應(yīng)的干擾源起作用，而對(duì)其他干擾沒有影響。而且，在工程實(shí)際中，影響生產(chǎn)過程的原因多種多樣，系統(tǒng)隨時(shí)間、工作狀態(tài)、環(huán)境等情況的變化，也會(huì)發(fā)生變化甚至表現(xiàn)出非線性，這些都導(dǎo)致不可能精確確定某一干擾對(duì)系統(tǒng)影響的程度或數(shù)學(xué)描述關(guān)系式。因此，前饋控制即使對(duì)單一干擾也難以完全補(bǔ)償。3)前饋控制反應(yīng)迅速在前饋控制系統(tǒng)中，信息流只向前運(yùn)行，沒有反饋問題，因此相應(yīng)提高了系統(tǒng)反應(yīng)的速度。當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，前饋控制器及時(shí)動(dòng)作，對(duì)抑制被控制量由于擾動(dòng)引起的動(dòng)靜態(tài)偏差比較有效。這非常有利于大遲滯系統(tǒng)的控制。4)只能用于可測(cè)的干擾對(duì)不可測(cè)干擾，由于無法構(gòu)造前饋控制器而不能使用。按結(jié)構(gòu)，前饋控制可分為靜態(tài)前饋控制、動(dòng)態(tài)前饋控制、前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)、前饋-串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)等。一個(gè)典型的前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)如圖1所示。前饋-反饋復(fù)合控制和前饋-串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)的工程整定方法主要有兩種：1)前饋控制和反饋或串級(jí)分別整定，確定各自參數(shù)，然后組合在一起；2)首先整定反饋控制系統(tǒng)或串級(jí)控制系統(tǒng)，然后再在反饋或串級(jí)的基礎(chǔ)上引入前饋控制系統(tǒng)，并對(duì)前饋控制系統(tǒng)進(jìn)行整定。其中前饋控制的整定分成靜態(tài)前饋系數(shù)整定、時(shí)間常數(shù)整定兩步。系統(tǒng)仿真如圖6：圖6動(dòng)態(tài)前饋控制器時(shí)間常數(shù)整定圖7動(dòng)態(tài)前饋調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)Td1、Td2得到系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖8，其中有一條無擾動(dòng)時(shí)的曲線，當(dāng)Td1=5、Td2=8時(shí)，系統(tǒng)補(bǔ)償較為理想。圖8動(dòng)態(tài)前饋時(shí)間常數(shù)整定過程（3）斷開前饋回路，整定反饋控制器參數(shù)，系統(tǒng)的仿真圖如圖9圖9反饋控制器參數(shù)整定圖采用臨界比例度法整定PID，當(dāng)KC=0.461時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)等幅振蕩如圖10，臨界周期Tk=35.7，所以由表1-1可計(jì)算出PI參數(shù)：表1-1臨界比例度整定控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式控制器類型控制器參數(shù)P(KC)I(TI)/minD(TD)/minP0.5KC——PI0.45KC0.83Tk—PID0.6KC0.5Tk0.12Tk圖10當(dāng)KC=0.461時(shí)，系統(tǒng)等幅振蕩采用PI控制器：KP=QUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。，KI=KPQUOTE錯(cuò)誤!未找到引用源。,經(jīng)過細(xì)微調(diào)整后，把PI參數(shù)設(shè)為KP=0.2，KI=0.01,系統(tǒng)響應(yīng)如圖11。圖11PI控制系統(tǒng)響應(yīng)圖（4）利用各整定參數(shù)構(gòu)建前饋-反饋復(fù)合控制，并給出系統(tǒng)Simulink仿真結(jié)果曲線圖。