[科普中国]-复合控制

复合控制的形式

复合控制具有如下几种形式。

开环—闭环控制复合控制的一种形式是将按扰动或输入的开环控制和按偏差的闭环控制相结合的一种控制方式。它是在闭环控制回路的基础上，附上一个输入信号或扰动信号（是破坏系统输入量和输出量之间预定规律的信号）的顺馈通路。复合控制系统框图如图1所示，其中，1是开环控制环节；2是闭环控制环节。1

反馈—前馈控制复合控制的另一形式是在系统的反馈控制回路中加入前馈通路，组成一个前馈控制和反馈控制相组合的系统，称为反馈—前馈控制系统。这样的系统就称为复合控制系统，它的系统框图如图2所示，相应的控制方式称为复合控制。简单来说复合控制就是反馈控制与前馈控制相结合的控制方法。只要系统参数选择得当，不但可以保持系统稳定，极大地减小乃至消除稳态误差，而且可以抑制几乎所有的可量测扰动，其中包括低频强扰动。2

基于输入信号和误差信号复合控制的再一形式是引进输入信号的微分(一般为一、二阶微分)，和误差信号一起对控制对象进行控制，以改进系统的控制品质。1

复合控制的原理按偏差控制即反馈控制，它按偏差确定控制作用以使输出量保持期望值。对于滞后效应较大的控制对象，反馈作用不能及时影响系统的输出，常引起输出量的过大波动。如果引起输出量变化的外扰是可量测的，则用外扰信号直接控制就能更迅速有效地补偿外扰对输出的影响。这种控制方式称为按扰动控制。按扰动控制一般不能单独使用，常需与按偏差控制结合使用，即构成复合控制。复合控制能显著减少扰动对系统的影响，有利于提高控制效果。

提高系统的开环增益和增加系统的类型是减小和消除系统稳态误差的有效方法。但这两种方法在其他条件不变时，一般都会影响系统的动态性能，乃至系统的稳定性。若在系统中加入顺馈控制作用，就能实现既减小系统的稳定误差，又能保证系统稳定性不变的目的。1

分类按扰动补偿的复合控制如果系统的误差主要由某一处加干扰信号引起的， 并且该干扰已知，或是可直接或间接测量的， 则可用不变性原理来消除干扰信号，即： 或

图2为对扰动进行补偿的系统方块图。 系统除了原有的反馈通道外， 还增加了一个由扰动通过前馈(补偿)装置产生的控制作用， 旨在补偿由扰动对系统产生的影响。图中 为待求的前馈控制装置的传递函数；N (s)为扰动作用，且可进行测量或者已知。

(1) 按扰动的完全补偿：为了使得，必须使得En(s)=0，必须使 ，此时，稳态误差 。即通过一个顺馈补偿了扰动的影响。

(2) 按扰动的稳态补偿 /部分补偿：对于完全补偿，如果设 很复杂，则 很复杂，即，要完全补偿的话则 Gn(s)很复杂。实际上，不需要实现完全补偿，只需要部分补偿以减小或者消除系统响应控制信号r( t )的误差即可。

如果系统的误差传递函数E(S)/N(s)的零点包含误差输入信号的全部极点，则系统无稳态误差。因此，只要设计合适的Gn(s)，使得系统的误差传递函数满足零点包含输入信号的全部极点即可。 则 。

按输入补偿的复合控制按照输入补偿的复合控制，即应用顺馈消除系统响应控制信号误差的复合控制，同上面，应用顺馈减小系统响应控制信号误差的复合控制就是在反馈控制的基础上，引入控制信号的微分作为系统的附加输入而实现的，如图3所示。同样分为按扰动的完全补偿和按扰动的稳态补偿 /部分补偿。

主要特点及优缺点复合控制的主要特点(1) 具有很高的控制精度；

(2) 可以抑制几乎所有的可量测扰动，其中包括低频强扰动；

(3) 补偿器的参数要有较高的稳定性。

复合控制的优点(1) 从前馈控制角度看，由于增加了反馈控制，降低了对前馈控制模型精度的要求，并能对没有测量的干扰信号的扰动进行校正。

(2)从反馈控制角度看，前馈控制作用对主要干扰及时进行粗调，大大减少反馈控制的负担。

(3) 由于被控对象的惯性，反馈控制作用有延迟。而顺馈没有延迟，能够及时地在被控对象到达反馈控制之前就能抵消掉，因此顺馈来的比反馈更加及时。

(4) 开环系统没有稳定性的问题，补偿前后稳定性不变（特征方程不变）

按扰动补偿复合控制的缺点(1) 扰动信号必须使已知或者是可测的。

(2) 对顺馈控制的精度要求比较高（因为是开环，元器件要求精度高，因为产生误差不可调 ）。