復(fù)合控制復(fù)合控制形式

復(fù)合控制具有如下幾種形式。

開環(huán)—閉環(huán)控制

復(fù)合控制的一種形式是將按擾動(dòng)或輸入的開環(huán)控制和按偏差的閉環(huán)控制相結(jié)合的一種控制方式。它是在閉環(huán)控制回路的基礎(chǔ)上，附上一個(gè)輸入信號(hào)或擾動(dòng)信號(hào)（是破壞系統(tǒng)輸入量和輸出量之間預(yù)定規(guī)律的信號(hào)）的順饋通路。復(fù)合控制系統(tǒng)框圖如圖1所示，其中，1是開環(huán)控制環(huán)節(jié)；2是閉環(huán)控制環(huán)節(jié)。

反饋—前饋控制

復(fù)合控制的另一形式是在系統(tǒng)的反饋控制回路中加入前饋通路，組成一個(gè)前饋控制和反饋控制相組合的系統(tǒng)，稱為反饋—前饋控制系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)就稱為復(fù)合控制系統(tǒng)，相應(yīng)的控制方式稱為復(fù)合控制。簡(jiǎn)單來說復(fù)合控制就是反饋控制與前饋控制相結(jié)合的控制方法。只要系統(tǒng)參數(shù)選擇得當(dāng)，不但可以保持系統(tǒng)穩(wěn)定，極大地減小乃至消除穩(wěn)態(tài)誤差，而且可以抑制幾乎所有的可量測(cè)擾動(dòng)，其中包括低頻強(qiáng)擾動(dòng)。

基于輸入信號(hào)和誤差信號(hào)

復(fù)合控制的再一形式是引進(jìn)輸入信號(hào)的微分(一般為一、二階微分)，和誤差信號(hào)一起對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，以改進(jìn)系統(tǒng)的控制品質(zhì)。

按偏差控制即反饋控制，它按偏差確定控制作用以使輸出量保持期望值。對(duì)于滯后效應(yīng)較大的控制對(duì)象，反饋?zhàn)饔貌荒芗皶r(shí)影響系統(tǒng)的輸出，常引起輸出量的過大波動(dòng)。如果引起輸出量變化的外擾是可量測(cè)的，則用外擾信號(hào)直接控制就能更迅速有效地補(bǔ)償外擾對(duì)輸出的影響。這種控制方式稱為按擾動(dòng)控制。按擾動(dòng)控制一般不能單獨(dú)使用，常需與按偏差控制結(jié)合使用，即構(gòu)成復(fù)合控制。復(fù)合控制能顯著減少擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，有利于提高控制效果。

提高系統(tǒng)的開環(huán)增益和增加系統(tǒng)的類型是減小和消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差的有效方法。但這兩種方法在其他條件不變時(shí)，一般都會(huì)影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，乃至系統(tǒng)的穩(wěn)定性。若在系統(tǒng)中加入順饋控制作用，就能實(shí)現(xiàn)既減小系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差，又能保證系統(tǒng)穩(wěn)定性不變的目的。

按擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制

如果系統(tǒng)的誤差主要由某一處加干擾信號(hào)引起的， 并且該干擾已知，或是可直接或間接測(cè)量的， 則可用不變性原理來消除干擾信號(hào)，即：

圖2為對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)方塊圖。 系統(tǒng)除了原有的反饋通道外， 還增加了一個(gè)由擾動(dòng)通過前饋(補(bǔ)償)裝置產(chǎn)生的控制作用， 旨在補(bǔ)償由擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。圖中

(1) 按擾動(dòng)的完全補(bǔ)償：為了使得，必須使得En(s)=0，必須使

(2) 按擾動(dòng)的穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償 /部分補(bǔ)償：對(duì)于完全補(bǔ)償，如果設(shè)

如果系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)E(S)/N(s)的零點(diǎn)包含誤差輸入信號(hào)的全部極點(diǎn)，則系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差。因此，只要設(shè)計(jì)合適的Gn(s)，使得系統(tǒng)的誤差傳遞函數(shù)滿足零點(diǎn)包含輸入信號(hào)的全部極點(diǎn)即可。 則

按輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制

按照輸入補(bǔ)償?shù)膹?fù)合控制，即應(yīng)用順饋消除系統(tǒng)響應(yīng)控制信號(hào)誤差的復(fù)合控制，同上面，應(yīng)用順饋減小系統(tǒng)響應(yīng)控制信號(hào)誤差的復(fù)合控制就是在反饋控制的基礎(chǔ)上，引入控制信號(hào)的微分作為系統(tǒng)的附加輸入而實(shí)現(xiàn)的，如圖3所示。同樣分為按擾動(dòng)的完全補(bǔ)償和按擾動(dòng)的穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償 /部分補(bǔ)償。

復(fù)合控制的主要特點(diǎn)

(1) 具有很高的控制精度；

(2) 可以抑制幾乎所有的可量測(cè)擾動(dòng)，其中包括低頻強(qiáng)擾動(dòng)；

(3) 補(bǔ)償器的參數(shù)要有較高的穩(wěn)定性。

復(fù)合控制的優(yōu)點(diǎn)

(1) 從前饋控制角度看，由于增加了反饋控制，降低了對(duì)前饋控制模型精度的要求，并能對(duì)沒有測(cè)量的干擾信號(hào)的擾動(dòng)進(jìn)行校正。

(2)從反饋控制角度看，前饋控制作用對(duì)主要干擾及時(shí)進(jìn)行粗調(diào)，大大減少反饋控制的負(fù)擔(dān)。

(3) 由于被控對(duì)象的慣性，反饋控制作用有延遲。而順饋沒有延遲，能夠及時(shí)地在被控對(duì)象到達(dá)反饋控制之前就能抵消掉，因此順饋來的比反饋更加及時(shí)。

(4) 開環(huán)系統(tǒng)沒有穩(wěn)定性的問題，補(bǔ)償前后穩(wěn)定性不變（特征方程不變）

按擾動(dòng)補(bǔ)償復(fù)合控制的缺點(diǎn)

(1) 擾動(dòng)信號(hào)必須使已知或者是可測(cè)的。

(2) 對(duì)順饋控制的精度要求比較高（因?yàn)槭情_環(huán)，元器件要求精度高，因?yàn)楫a(chǎn)生誤差不可調(diào) ）。

復(fù)合控制的另一形式是在反饋控制系統(tǒng)中增加輸入信號(hào)的直接控制通道。例如一個(gè)有四組加熱電阻絲的加熱爐,可以安排其中三組電阻絲由輸入信號(hào)直接控制,一組電阻絲用作反饋控制，將粗調(diào)和細(xì)調(diào)分開。這樣做的好處是系統(tǒng)的反饋控制線路容易設(shè)計(jì)，也便于實(shí)現(xiàn)。輸入信號(hào)可人為給定或按擾動(dòng)信號(hào)確定。輸入信號(hào)的直接控制作用也稱前饋控制,故這類復(fù)合控制系統(tǒng)又稱反饋-前饋控制系統(tǒng)。 2100433B

同時(shí)包含按偏差的閉環(huán)控制和按擾動(dòng)或輸入的開環(huán)控制的控制系統(tǒng)。按偏差控制即反饋控制（見反饋控制系統(tǒng)），它按偏差確定控制作用以使輸出量保持在期望值上。對(duì)于滯后較大的控制對(duì)象，反饋控制作用不能及時(shí)影響系統(tǒng)的輸出，常引起輸出量的過大波動(dòng)。如果引起輸出量變化的外擾是可量測(cè)的（例如在汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，汽輪機(jī)的負(fù)荷就是可以量測(cè)的），則用外擾信號(hào)直接控制輸出就能更迅速和有效地補(bǔ)償外擾對(duì)輸出的影響。理論上甚至可作到使這種影響完全消除（見不變性原理）。這種控制方式稱為按擾動(dòng)控制。影響輸出量變化的擾動(dòng)因素很多，但可量測(cè)并用來進(jìn)行控制的只能是主擾動(dòng)。按擾動(dòng)控制一般不能單獨(dú)采用，常需與按偏差控制結(jié)合使用，構(gòu)成復(fù)合控制。復(fù)合控制能顯著減小擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，有利于提高控制精度。

熱交換器的溫度復(fù)合控制系統(tǒng)，被控制量是出口處的熱水溫度，控制量是加熱用的蒸汽量。根據(jù)熱水溫度的偏離值，通過相應(yīng)機(jī)構(gòu)來改變蒸汽量，以調(diào)節(jié)水溫保持在期望值，這一部分屬于按偏差控制。熱水的流量是熱交換的負(fù)載，它是這個(gè)系統(tǒng)的主要擾動(dòng)。熱交換過程包含時(shí)間延遲，使得擾動(dòng)（流量）的變化不能立刻在輸出端上感受到，需要經(jīng)過一定的延遲時(shí)間才出現(xiàn)溫度偏差信號(hào)并產(chǎn)生控制作用，因此僅采用偏差控制常會(huì)導(dǎo)致過大的溫度瞬態(tài)誤差。采用流量計(jì)測(cè)出熱水流量，同時(shí)按擾動(dòng)控制方式來改變蒸汽量,實(shí)現(xiàn)復(fù)合控制,就能大大減小溫度的瞬態(tài)誤差。按偏差控制是閉環(huán)控制，按擾動(dòng)控制是開環(huán)控制,所以復(fù)合控制又稱開環(huán)-閉環(huán)控制。復(fù)合控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性只由偏差控制回路所決定，其分析方法同于反饋控制系統(tǒng)。