前馈控制的概念早就为人们所熟知，由与人们对他的认识不足和自动化工具的局限性，因此在应用中出现了一些困难就被抛弃，近年来，前馈控制又被重视起来。

前馈控制的基本概念

1.反馈控制：按被控量的偏差进行控制，控制作用落后于扰动，是不及时的控制。

反馈控制的特点：①反馈控制的本质是“基于偏差来消除偏差“。如果没有偏差出现，也就没有控制作用了。②是一种“不及时”的控制。③ 构成闭环，存在稳定性的问题。④ 反馈控制可消除多种扰动对被控量的影响。⑤调节器的控制规律通常是P、PI、PD、PID等典型规律。 

2.前馈控制：按照扰动量的大小进行控制，控制及时，但它是开环控制，这是与反馈控制的区别。当扰动一出现，就能根据信号去控制操纵量，及时补偿扰动对被控量的影响。

前馈控制原理与特点

为了直观的看出前馈控制和反馈控制的差异，请看下图：

前馈控制系统框图

注解：Wm(s)：前馈控制器的传函Wf(s)：扰动通道的传函W0(s)：过程控制器的传函F(s)： 扰动Y(s)： 被控参数

前馈控制补偿的条件：

前馈控制器模型：

说明：扰动作用和前馈控制补偿装置依据扰动作用而产生的校正作用相互补偿，被控量在扰动作用下可保持不变。

前馈控制器的局限性

（1）扰动必须是可测量的，扰动模型需很准确。

（2）只能克服一个扰动的影响（开环的），实际扰动不止一种。

（3）依据具体过程来确定。过程控制通道特性的非线性及动态变化时，就不能完全补偿 扰动的影响。

结论：前馈控制做到全补偿难以实现。因此，在很多场合下，都是将前馈控制与反馈控制结合在一起，组成复合系统，可取的较好效果。

前馈控制系统的结构类型

一共有三种类型：静态动态前馈控制，前馈—反馈复合控制系统和前馈—串级复合控制系统。

<1>静态动态前馈控制

动态：选用专用的前馈调节器，适用于较复杂的系统，对系统性能要求高的场合。

静态：Kf，K0——干扰通道，控制通道的静态放大倍数，用于静态补偿（P控制）

<2>前馈—反馈复合控制系统

加热炉出口温度前馈－反馈控制

前馈-反馈复合控制系统特点：

①克服局限性，将前馈、反馈两者结合起来；

②发挥了前馈作用可及时克服主要扰动对被控量影响的优点，又保持了反馈控制能克服多个扰动影响的特点；

③降低了系统对前馈补偿器的要求，使其在工程上易于实现；

<3>前馈—串级复合控制系统

在过程控制中，有的生产过程常受到多个变化频繁而又剧烈的扰动影响，而生产过程对被控参数的控制精度和稳定性要求又很高，这时可考虑采用前馈—串级控制系统。

例：加热炉出口温度控制系统

1.由串级系统分析可知，系统对进入副回路的扰动影响有较强的抑制能力；

2.而前馈控制能克服进入主回路的系统主要扰动；

3.由于前馈控制器的输出不直接加在调节阀门上，而是作为副调节器的给定值，因而可降低对调节阀门特性的要求；

4.实践证明，这种复合控制系统的动、静态品质指标均较高。

前馈控制模型

前馈—串级复合控制系统框图

副回路传函：

等效变换后得到：

全补偿：

当副回路的工作频率远大于主回路工作频率时，副回路是个快速随动系统。其闭环传递函数：

在前馈—串级复合控制系统中，前馈补偿器的数学模型主要由系统扰动通道及主过程特性之比决定。

前馈控制系统的选用与稳定性

1.实现前馈控制的必要条件是扰动量的可测及不可控性

注解：

①“可测”是指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；有些参数，如某些物料的化学组成、物理性质等至今尚无工业自动化仪表能对其进行在线测量，对这类扰动无法实现前馈控制；

②扰动量“不可控”这个概念常被混淆，实际指的是扰动量与控制量之间的相互独立性，即控制通道传函W0(s)与扰动通道传函Wf(s)之间无关联，从而控制量无法改变扰动量的大小，即扰动量的不可控；

③扰动量F1(s)(被加热物料的流量和初温)与扰动量F2(s)(燃料热值的变化、压力、流量的变化)符合不可控性，因而可以采用前馈控制；但扰动量F3(s)(烟囱挡板位置的改变、抽力的变化)则不然，它的变化将影响炉膛传递函数，即影响控制通道W0(s) ，因而不能采用前馈控制。