前馈控制系统
前馈反馈控制系统工作原理
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过程控制-4.2-前馈控制系统
Kf Kp
F1 Km FC F2
Kp－控制通道放大系数
Kf－干扰通道放大系数 Km－前馈放大器放大系数
静态前馈控制
控制目标：保证过程输出在稳态下补偿外部扰动的影 响，即实现“稳态不变性”。 静态前馈控制方式：
线性静态前馈：
GFF ( s) GYD ( s)
GYC ( s) s 0
G（s）
（1）当G（ 0时，PV（s） B s）
G（ L s） F（s） 1 G（ O s）G（ V s）G（ C s）
G（ L s） 时，PV（s） 0 G（ s ） G （ s ） O V
G（ L s） 时， G（ s ） G （ s ） O V
G（ （ （ 0即G（ （2） 当G（ L s） O s）G V s）G B s） B s）
L G（ （ （ 即G（ 时，PV（s） F（s） （2） 当G（ L s） O s）G V s）G B s） B s） G（ s ） G （ s ） O V 复合调节 G（s） G（ O s）G（ V s）G（ B s） PV（s） L F（s） 1 G（ s ） G （ s ） G （ s ） O V C
这里，gYD(s)、gYC(s)分别表示通道特性的动态部分，其稳 态增益均为1。
非线性系统的动态前馈补偿
对于线性系统，动态前馈控制器可表示成静态与动 态两部分：
GFF (s) K FF g FF (s)
K YC ,
其中
K FF
K YD
g FF ( s )
gYD ( s )
gYC ( s )
d(t)
本例中，d (t)、u (t)、y (t) 分别表示工艺介质流 ＋ 量（外部干扰）、蒸汽 u(t) ＋ y(t) 流量（控制变量）与工 GFF (s) GYC (s) 艺介质的出口温度（被 控变量）；GFF(s)为前 控制目标： 馈控制器的动态特性； GYD(s)、GYC(s)分别为干 Y ( s) 扰通道与控制通道的的 GYD ( s) GFF ( s)GYC ( s) 0 D( s ) 动态特性。
过程控制系统第五章 前馈控制系统
TC 为温度调节器；K v为温度调节阀门。
5.1 前馈控制的基本概念
b）系统框图 图5-1 换热器温度反馈控制系统
在图5-1所示的温度反馈控制系统中，当扰动（如被加热的物料流量 q、入口
温化的度，大使小1其 和或偏方蒸离向汽给产压定生力值控p制D作等20 用的，，变随通化之过）温调发度节生调阀后节的，器动将按作引照改起被变热控加流量热体偏用出差蒸口值汽温e的度流2量20发q生D2变， 从而补偿扰动对被控量 2 的影响。
2. 前馈控制只适用于克服可测不可控的扰动，而对系统中的其它扰动无抑制作 用，前馈控制具有指定性补偿的局限性。为了克服这种局限性，通常将前馈、 反馈两者结合起来，构成复合控制系统。可测不可控的主要扰动由前馈控制抑 制，其它的由闭环控制解决。
3. 前馈控制具有静态和动态两种。静态前馈控制只能对扰动的稳态响应有良好 的补偿作用，但静态前馈控制器只是一个比例调节器，实施起来十分方便。动 态前馈控制几乎每时每刻都在补偿扰动对被控量的影响，故能极大提高控制过 程的动态品质，是改善控制系统品质的有效手段，但控制器取决于被控对象的 特性，往往比较复杂，难以实施。
（1）完全补偿难以实现。
前馈控制只有在实现完全补偿的前提下，才能使系统得到良好的动态品质、
但完全补偿几乎是难以作到的，因为要准确地掌握过程扰动通道特性 Wf (s)及
控制通道特性 W0 (s) 是不容易的。故而前馈模型 Wm (s) 难以准确获得；且被控
对象常含有非线性特性，在不同的工况下其动态特性参数将产生明显的变化，
（5-3）
5.1 前馈控制的基本概念
由此，可将前馈控制器的特点归纳如下：
1）前馈控制是“基于扰动来消除扰动对被控量的影响”，故前馈控制又称为 “扰动补偿”。
前馈控制系统
前馈控制系统一．前馈控制原理前面讨论的所有控制系统，都属于反馈控制系统，无论其系统结构如何，它们的调节回路的基本工作原理都是一样的。
下面要介绍的前馈控制系统则有着截然不同的控制思想。
前馈控制思想及应用由来已久，但主要是由于技术条件的限制，发展较慢。
随着计算机和现代检测技术的飞速发展，前馈控制正受到更多的重视和应用。
在反馈控制系统中，都是把被控变量测量出来，并与给定值相比较；而在前馈控制系统中，不测量被控变量，而是测量干扰变量，也不与被控变量的给定值进行比较。
这是前馈与反馈的主要区别。
为了系统地说明前馈控制思想，同时也为了在比较中进一步加深对反馈控制思想的理解，画出图8-31进行比较分析。
（a）反馈控制（b）前馈控制图8－31 两种加热炉温度控制系统图8-31中的（a）是反馈控制，（b）是前馈控制。
在前馈控制中，测量需要被加热的原油的流量，流量偏大就增加燃料量，原油流量偏小就减少燃料量，以达到稳定原油出口温度的目的。
从动态过程分析，当原油流量增大时，一段时间后，出口温度会下降。
但前馈测量出原油流量的增加量，迅速增加燃料量。
如果燃料增加的量和时机都很好，有可能在炉膛中将干扰克服，几乎不影响原油出口温度。
如果该加热炉只存在原油流量这一个干扰，那么理论上讲，前馈控制可以把原油出口温度控制得很精确，甚至被控变量一点也不波动。
这就是前馈控制思想，也是前馈控制的生命力所在。
二．前馈控制与反馈控制的比较通常认为，前馈控制有如下几个特点：（l）是“开环”控制系统；（2）对所测干扰反应快，控制及时；（3）采用专用调节器；（4）只能克服系统中所能测量的干扰。
下面从几个方面比较前馈控制与反馈控制。
画出图8-31两个控制系统的方块图如图8-32所示。
（a）反馈控制（b）前馈控制图8-32 两种加热炉温度控制系统方块图l．前馈是“开环”，反馈是“闭环”控制系统从图8-32可以看到，表面上，两种控制系统都形成了环路，但反馈控制系统中，在环路上的任一点，沿信号线方向前行，可以回到出发点形成闭合环路，成为“闭环”控制系统。
第8-6章前馈控制系统
+ Y=T2
例：加热炉出口温度前馈－串级控制系统
原油
燃料
8.6.3 前馈控制系统的应用场合
1）干扰幅值大而频繁、对被控变量影响剧烈，仅采用反馈 控制达不到要求的对象。 2）主要干扰是可测而不可控的变量。 3）当对象的控制通道的惯性和滞后大，反馈控制不及时， 控制质量差时，可引入前馈控制。
4）当工艺上要求实现变量间的某种特殊的关系，而需要通 过建立数学模型来实现控制时，可以引入前馈控制。
过程控制
8. 6 前馈控制系统
6.2前馈控制
8.6.1 概述 8.6.2 前馈控制系统的结构 8.6.3 前馈控制系统的应用场合
8.6.1 概述
反馈控制特点（例：换热器温度控制系统）
蒸汽
Q1：冷物料流量 pD ：蒸汽压力
TC
pD , Q2 Q1，T1 T2 给定值 偏差
T1：冷物料温度 T2：热物料温度
换热器温度前馈-反馈控制系统
前馈控制器的传递函数：
W
ff
(S )
W PD ( S ) W PC ( S )
前馈反馈控制系统实现完 全补偿与开环前馈比较前 馈控制器传函相同。
Q1 前馈-反馈控制原理方块图
Wff(S)
+
WPD(S) WPC(S)
+ T 2
T1i
-
WC(S)
前馈-反馈控制方框图
前馈-反馈控制系统优点： 1、只需对主要的干扰进行前馈补偿，其它 干扰可由反馈控制予以校正； 2、反馈回路的存在，降低了前馈控制模型 的精度要求，为工程上实现比较简单的通用 模型创造了条件； 3、负荷变化时，模型特性也要变化，可由 反馈控制加以补偿，因此具有一定自适应能 力。
前馈控制系统共80页
T
检测变送
检测变送
31
前馈控制的选用与稳定性
实现前馈控制的必要条件是扰动量的可测及 不可控性
（1）可测：扰动量可以通过测量变送器，在 线地将其转换为前馈补偿器所能接受的信号。
（2）不可控：扰动量与控制量之间的相互独 立性，即控制通道的传递函数与扰动通道的 传递函数无关联，从而控制量无法改变扰动 量的大小。
8
（1）可测：扰动量可以通过测量变送器，在 线地将其转换为前馈补偿器所能接受的信号。
（2）不可控：扰动量与控制量之间的相互独 立性，即控制通道的传递函数与扰动通道的 传递函数无关联，从而控制量无法改变扰动 量的大小。
9
前馈控制的局限性 完全补偿难以实现：扰动通道和 控制通道的数学模型很难准确求 出；即使求出，工程上难以实现。 只能克服可测不可控的扰动
1
具有滞后特性，适合 于控制通道滞后小于 干扰通道滞后
1
Kf
t
38
实现办法
G ff
(s)
GPD (s) GPC (s)
-K f
T1s 1 1 T2s 1 1
1 s
2
1 s
2
上式中的各环节可以用 标准仪表（标准模块）
实现；也可以用比值器 、加法器和一阶惯性环
节或一阶微分环节实现 ；也可以用计算机程序
GC (s)
GP (s)
e s
Y (s)
经过预估补偿，闭环传递函数特征方 程消去了es，消去了纯滞后对系统控 制品质的影响，系统品质与无纯滞后 完全相同。至于分子中的es仅仅将控
制过程曲线在时间轴上推迟一个。 49
Smith补偿的实现
用近似数学模型模拟纯滞后环节—帕德 一阶和二阶近似式
前馈控制系统的基本原理
前馈控制系统的基本原理前馈控制系统是一种控制系统，其中输入信号经过预先设计的控制器处理后，直接作用于被控对象，以实现对被控对象的控制。
该系统的基本原理是根据被控对象的数学模型和被控目标，设计适当的控制器，并通过对输入信号进行预先处理，以提前预测被控对象的响应，并消除或最小化干扰对被控对象的影响，从而实现精确控制。
前馈控制系统通常由以下几个主要组成部分构成：被控对象、传感器、控制器和执行器。
被控对象是指需要被控制的系统或设备，如机械臂、电机、飞机等。
传感器负责将被控对象的状态信息转换为电信号，以便输入到控制器中进行处理。
控制器根据输入信号和预先设计的控制算法，生成适当的输出信号，并将其发送到执行器。
执行器根据控制器的输出信号，对被控对象进行调节，从而实现控制目标。
前馈控制系统的基本原理是根据被控对象的数学模型和被控目标，设计适当的控制器，并通过对输入信号进行预先处理来实现精确控制。
在设计控制器时，需要考虑被控对象的动态响应特性、控制目标以及系统的稳定性、鲁棒性和性能要求等因素。
预处理器是前馈控制系统的重要组成部分，其作用是对输入信号进行预先处理，以消除或最小化干扰对被控对象的影响。
预处理器可以采用各种方法，如滤波、调幅、增益调整等，以实现对输入信号的改变。
在前馈控制系统中，控制器的设计是关键。
根据被控对象的数学模型和理想控制目标，可以选择合适的控制算法，如比例积分控制（PI控制）、比例微分控制（PD控制）、模糊控制、神经网络控制等。
控制器的设计要考虑稳定性、鲁棒性、性能要求等因素，以实现对被控对象的精确控制。
前馈控制系统的优点是能够减小被控对象对干扰的响应，提高系统的跟踪性能和鲁棒性。
通过预先预测被控对象的响应，并对控制器的输入信号进行合适的处理，可以消除或最小化干扰对被控对象的影响，从而实现更精确的控制。
前馈控制系统的特点及应用场合
前馈控制系统的特点及应用场合前馈控制系统是指根据所需的输出信号先行进行信号的预测，并根据预测的结果来提前采取控制措施，以达到控制系统理想输出的控制方法。
下面将详细介绍前馈控制系统的特点以及应用场合。
首先，前馈控制系统的特点如下：1. 较强的鲁棒性：前馈控制系统能够通过提前预测输出变量的影响因素来预测出未来的输出值，并在未来发生变化之前将控制信号及时输入到控制器中，从而提高系统对干扰和噪声的抑制能力，增强系统的鲁棒性。
2. 高速响应：由于前馈控制系统提前预测输出信号的变化，并采取相应的控制措施，因此系统对于变化的响应速度较快，能够在输出值发生偏差前及时修正，提高控制系统的响应速度。
3. 准确性高：前馈控制系统通过预测输出信号的影响因素，并在输出变化前采取控制措施，因此能够在输入信号发生变化时及时进行修正，从而提高系统的准确性。
4. 适用于系统模型已知的情况：前馈控制系统需要事先知道系统的模型，并能够建立系统的数学模型，从而对输出信号的变化进行预测，并采取相应的控制措施。
因此，前馈控制系统适用于系统模型已知的情况，对于未知模型或参数变化较大的系统效果较差。
接下来，我们将介绍前馈控制系统的应用场合：1. 机械控制系统：前馈控制系统在机械控制系统中的应用十分广泛。
例如，工业机器人的运动控制中，通过预测机器人的位置和姿态，提前采取控制措施，可以提高机器人的定位和跟踪精度，从而提高生产效率。
2. 过程控制系统：在化工、冶金等过程控制系统中，前馈控制系统也得到了广泛的应用。
例如，在温度控制系统中，通过提前预测温度变化趋势，及时调整加热功率，可以有效地控制温度的稳定性，提高产品质量。
3. 电力系统：电力系统中也存在着很多需要控制的环节。
例如，在电力传输与分配中，通过预测负荷变化，提前调整发电机组的输出，可以避免发生电压波动和电网失衡，保证电力系统的稳定运行。
4. 航空航天系统：在航空航天系统中，前馈控制系统也有着广泛的应用。
生理学 人体内自动控制系统
人体内控制系统可分为非自动控制系统、反馈控制系统和前馈控制系统。
非自动控制系统在人体内并不多见，故而下面主要介绍反馈控制系统和前馈控制系统。
一、反馈控制系统：
1、定义及概述：反馈控制系统是由比较器、控制部分和受控部分组成的一个闭环系统；由于在该系统中反馈信号对控制部分的活动可发生不同的影响，所以可将其分为两种：负反馈和正反馈。
2、负反馈控制系统：（1）定义：来自受控部分的输出信息反馈调整控制部分的活动，最终使受控部分的活动向与其原先活动的相反方向改变。
（2）举例：①正常机体内，血糖浓度、PH、循环血量、渗透压的稳定②减张反射
3、正反馈控制系统：（1）定义：来自受控部分的输出信息反馈调整控制部分的活动，最终使受控部分的活动向与其原先活动的相同方向改变。
（2）举例：①排尿反射、排便反射②血液凝固过程③神经纤维膜上达到阈电位时Na+通道开放④分娩过程⑤胰蛋白酶原激活的过程
二、前馈控制系统：
1、定义：当控制部分发出信号，使受控部分进行某一活动时，受控部分不发出反馈信号，而是由某一监测装置在受到刺激后发出前馈信号，作用于控制部分，使其及早做出适应性反应，及时调控受控部分的活动。
2、意义：避免负反馈调节时矫枉过正产生的波动和反应的滞后现象，
使调节控制更快、更准确。
第 5章 前馈控制系统
( S ) G PC ( S )
1 G C ( S ) G PC ( S )
应用不变性条件：
F ( S ) 0, 0
可推导出前馈控制器的传递函数：
G PD ( S ) G G
ff ff
( S ) G PC ( S ) 0
(S )
G PD ( S ) G PC ( S )
F c p ( 1 2 ) F S h S
FS
Gff Mff
F
θ
2
θ
1
F c p ( 1 2 ) F S h S
Cp—物料的比热容 hs—蒸气的汽化潜热
FS F cp hS ( 1 i
2
)
由上式可求得，静态前馈控制方程式为：
FS F cp hS ( 1 i
• 本系统不但能通过串级副回路及时克服给 水流量的干扰，而且还能实现对蒸汽负荷 的前馈控制，在稳定工况下，给水量Q将等 于蒸汽量D的变化，从而维持了水位H的不 变。
5.5 前馈控制系统的参数整定
5.5.1 Kf的整定 5.5.2 T1、T2的整定
5.5.1 Kf的整定
重要性：如果正确的选择Kf，也就能正确地决定阀 位。如果Kf过大，则相当对反馈控制路施加了干扰， 将会输出错误的静态前馈输出。 Kf的整定方法： （1）开环整定方法： 开环整定是在反馈回路断开，使系统处于单 纯静态前馈状态下，施加干扰， Kf 由小逐步增大， 直到被控变量回到给定值，此时Kf 为最佳值。
一个固定的前馈 模型难以获得良好的 控制品质。为了解决 上述局限性，将前馈 与反馈相结合，构成 前馈—反馈控制系统 （FFC-FBC）
TC Gff θ F Σ
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2.4 前馈控制系统 2.4.1 前馈控制系统的基本原理前馈控制的基本概念是测取进入过程的干扰（包括外界干扰和设定值变化），并按其信号产生合适的控制作用去改变操纵变量，使受控变量维持在设定值上。
图2.4-1物料出口温度θ需要维持恒定，选用反馈控制系统。
若考虑干扰仅是物料流量Q ，则可组成图2.4-2前馈控制方案。
方案中选择加热蒸汽量s G 为操纵变量。
图2.4-1 反馈控制 图2.4-2 前馈控制前馈控制的方块图，如图2.4-3。
系统的传递函数可表示为：)()()()()(1S G S G S G S Q S Q PC ff PD += （2.4-1） 式中)(s G PD 、)(s G PC 分别表示对象干扰道和控制通道的传递函数；)(s G ff 为前馈控 图2.4-3 前馈控制方块图 制器的传递函数。
系统对扰动Q 实现全补偿的条件是：0)(≠s Q 时，要求0)(=s θ （2.4-2）将（1-2）式代入（1-1）式，可得)(s G ff =)()(S G S G PC PD - （2.4-3） 满足（1-3）式的前馈补偿装置使受控变量θ不受扰动量Q 变化的影响。
图2-4-4表示了这种全补偿过程。
在Q 阶跃干扰下，调节作用c θ和干扰作用d θ的响应曲线方向相反，幅值相同。
所以它们的合成结果，可使θ达到 图2.4-4 前馈控制全补偿示意图理想的控制连续地维持在恒定的设定值上。
显然，这种理想的控制性能，反馈控制系统是做不到的。
这是因为反馈控制是按被控变量的偏差动作的。
在干扰作用下，受控变量总要经历一个偏离设定值的过渡过程。
前馈控制的另一突出优点是，本身不形成闭合反馈回路，不存在闭环稳定性问题，因而也就不存在控制精度与稳定性矛盾。
1．前馈控制与反馈控制的比较图2.4-5 反馈控制方块图图2.4-6 前馈控制方块图由以上反馈控制系统与前馈控制系统方块图可知：1)前馈是“开环”，反馈是“闭环”控制系统从图上可以看到，表面上，两种控制系统都形成了环路，但反馈控制系统中，在环路上的任一点，沿信号线方向前行，可以回到出发点形成闭合回路，成为“闭环”控制系统。
而在前馈控制系统中，在环路上的任一点，沿信号线方向前行，不能回到出发点，不能形成闭合环路，因此称其为“开环”控制系统。
2)前馈系统中测量干扰量，反馈系统中测量被控变量在单纯的前馈控制系统中，不测量被控变量，而单纯的反馈控制系统中不测量干扰量。
3)前馈需要专用调节器，反馈一般只要用通用调节器由于前馈控制的精确性和及时性取决于干扰通道和调节通道的特性，且要求较高，因此，通常每一种前馈控制都采用特殊的专用调节器，而反馈基本上不管干扰通道的特性，且允许被控变量有波动，因此，可采用通用调节器。
4)前馈只能克服所测量的干扰，反馈则可克服所有干扰前馈控制系统中若干扰量不可测量，前馈就不可能加以克服。
而反馈控制系统中，任何干扰，只要它影响到被控变量，都能在一定程度上加以克服。
5)前馈理论上可以无差，反馈必定有差如果系统中的干扰数量很少，前馈控制可以逐个测量干扰，加以克服，理论上可以做到被控变量无差。
而反馈控制系统，无论干扰的多与少、大与小，只有当干扰影响到被控变量，产生“差”之后，才能知道有了干扰，然后加以克服，因此必定有差。
2.4.2 前馈控制系统的几种结构形式1．静态前馈由（1-3）式求得的前馈控制器，它已考虑了两个通道的动态情况，是一种动态前馈补偿器。
它追求的目标是受控变量的完全不变性。
而在实际生产过程中，有时并没有如此高的要求。
只要在稳态下，实现对扰动的补偿。
令（1-3）式中的S为0，即可得静态前馈控制算式：)0()0()0(PC PD ff G G G -= （2.4-4） 利用物料（或能量）衡算式，可方便地获取较完善的静态前馈算式。
例如，图2-4-2所示的热交换过程，假若忽略热损失，其热平衡关系可表述为：s s i p H G QC =-)(0θθ （2.4-5）式中 p C ——物料比热s H ——蒸汽汽化潜热Q ——物料量流量s G ——载热体（蒸汽）流量i θ——换热器入口温度 0θ——换热器出口温度由（2.4-5）式可解得：)(0i s pS H C Q G θθ-= （2.4-6）用物料出口温度的设定值10θ代替上式中的0θ，可得s G = )(10I SP H C Q θθ- （2.4-7） 上式即为静态前馈控制算式。
相应的控制流程示于图2-4-7图2.4-7 换热器的静态前馈控制图中虚线框表示了静态前馈控制装置。
它是多输入的，能对物料的进口温度、流量和出口温度设定值作出静态前馈补偿。
由于在（2.4-7）式中，Q 与（θ1i -θ2）是相乘关系，所以这是一个非线性算式。
由此构成的静态前馈控制器也是一种静态非线性控制器。
应该注意到，假若（2.4-5）式是对热平衡的确切描述的话，那么由此而构筑的非线性前馈控制器能实现静态的全补偿。
对变量间存在相乘（或相除）关系的过程，非线性是很严重的，假若通过对它们采用线性化处理来设计线性的前馈控制器，则当工作点转移时，往往会带来很大误差。
在化工工艺参数中，液位和压力反映的是流量的积累量，因此液位和压力的前馈计算一般是线性的。
但是温度和成分等参数它们代表流体的性质，其前馈计算常以非线性面目出现。
从采用前馈控制的必要性来看，一般是温度和成分甚于液位和压力。
一方面是由于稳定前者的重要性往往甚于后者，另一方面温度和成分对象一般有多重滞后，仅采用反馈调节，质量还会不和要求。
增加前馈补偿是改进控制的一条可行途径。
对温度和成分控制应考虑采用非线性运算和动态补偿。
图2.4—7中的前馈补偿器输出是作为蒸汽流量回路的设定值。
设置蒸汽流量回路是必要的，它可以使蒸汽流量按前馈补偿算式（2.4-7）式的要求进行精确跟踪。
2．前馈—反馈控制系统在理论上，前馈控制可以实现受控变量的不变性，但在工程实践中，由于下列原因，前馈控制系统依然会存在偏差。
1）实际的工业对象会存在多个扰动，若均设置前馈通道，势必增加控制系统投资费用和维护工作量。
因而一般仅选择几个主要干扰作前馈通道。
这样设计的前馈控制器对其它干扰是丝毫没有校正作用的。
2）受前馈控制模型精度限制。
3）用仪表来实现前馈控制算式时，往往作了近似处理。
尤其当综合得到的前馈控制算式中包含有纯超前环节se τ或纯微分环节)1(+s T D 时，它们在物理上是不能实现的，构筑的前馈控制器只能是近似的：如将纯超前环节处理为静态环节，将纯微分环节处理为超前滞后环节。
前馈控制系统中，不存在受控变量的反馈，也即对于补偿的效果没有检验的手段。
因此，如果控制的结果无法消除受控变量的偏差，系统也无法获得这一信息而作进一步的校正。
为了解决前馈控制的这以局限性，在工程中往往将前馈与反馈结合起来应用，构成前馈—反馈控制系统。
这样既发挥了前馈校正作用及时的优点，又保持了反馈控制能克服多种扰动及对受控变量最终检验的长处，是一种适合化工过程控制、较有发展前途的控制方法。
换热器的前馈——反馈控制系统及其方块图分别表示在图2.4-8和图2.4-9。
图2.4-8 换热器的前馈—反馈控制系统 图2.4-9 前馈—反馈控制系统方块图图2.4-9所示前馈—反馈控制系统的传递函数为)()(0s Q s θ=)()(1)()()()(1)(s G s G s G s G s G s G s G PC C PC ff PC C PD +++ （2.4-8） 应用不变性原理条件 0)(≠s Q 时，要求0)(0=s θ，代入（2.4-8）式，可导出前馈控制器的传递函数为)()()(s G s G s G PC PD ff -= （2.4-9） 比较（2.4-9）式和（2.4-3）式可知，前馈—反馈控制与纯前馈控制实现“全补偿”的算式是相同的。
前馈—反馈系统具有下列优点：从前馈控制角度，由于增添了反馈控制，降低了对前馈控制模型的精度要求，并能对未选作前馈信号的干扰产生校正作用。
从反馈控制角度，由于前馈控制的存在，对干扰作了及时的粗调作用，大大减小了控制的负担。
3．前馈—串级控制系统分析图2.4-6换热器的前馈—反馈控制系统可知，前馈控制器的输出与反馈控制器的输出叠加后直接送至控制阀，这实际上是将所要求的物料量F 与加热蒸汽量F S 的对应关系，转化为物料流量与控制阀膜头压力间的关系。
这样为了保证前馈补偿的精度，对控制阀提出了严格的要求，希望它灵敏、线性及尽可能小的滞环区。
此外还要求控制阀前后的压差恒定，否则，同样的前馈输出将对应不同的蒸汽流量，这就无法实现精确的校正。
为了解决上述两个问题，工程上将在原有的反馈控制回路中再增设一个蒸汽流量副回路，把前馈控制器的输出与温度控制器的输出叠加后，作为蒸汽流量控制器的给定值。
图2.4-10 前馈—串级控制系统图2.4-11 前馈—串级控制系统方框图)()(1)()()()(1)()()(1)()()()(1)()(1)()()()()(2222112222112222s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s G s s Q PC C PC C PC C PD PC C PC C PC c PC C PC C ff ++++++=θ（2.4-10）因为串级系统最佳设计101=副主ωω则)()(1)()(2222s G s G s G s G pc c pc c +≈1， 根据不变性原理当0)(,0)(=≠s s Q θ则 )()()(s G s G s G PC PD ff -= （2.4-12） 2.4-12 曲线图2.4.3 前馈控制规律的实施1. 系统设计对可测不可控的干扰，变化幅度大，且对被调参数影响大，工艺指标要求严格工艺要求实现参数间的某种特殊关系，即按某一种数学模型来进行调节2. 前馈补偿装置的控制算法通过对前馈控制系统的几种典型结构形式的分析可知，前馈控制器的控制规律取决于对象干扰通道与控制通道的特性。
由于工业对象的特性极为复杂，这就导致了前馈控制规律的形式繁多，但从工业应用的观点看，尤其是应用常规仪表组成的控制系统，总是力求控制仪表的模式具有一定的通用性，以利于设计、运行和维护。
实践证明，相当数量的工业对象都具有非周期性与过阻尼的特性，因此经常可用一个一阶或二阶容量滞后，必要时再串联一个纯滞后环节来近似它。
2111)(L L fP d ff e S T S T K S G +-++-= （2.4-13） ⑴超前滞后环节1111+-+=++S T K K S T S T f f P （2.4-14） 1-=fP T T K （2.4-15） 图2.4-13 超前滞后环节的等效图 ⑵ 纯滞后补偿12121-+-=-S Se f f s f τττ (2.4-16)当f τ较小时， ++++-+-==--2)2(212)2(212222s s s e e e f f f f s Ss fff ττττττ =s s f f 2121ττ+- （2.4-17） 2111)(L L fP d ff e S T S T K S G +-++-= （2.4-18） 上式所示为带有纯滞后的“超前—滞后”前馈控制规律，其纯滞后环节按12121-+-=-SS e f f s f τττ （2.4-19） 近似展开。