loading前馈—反馈控制在控制系统的应用研究
【摘要】利用前馈—反馈控制设计一计算机控制系统，能较好的解决扰动对系统的影响。主要是先用解析式算法设计了反馈中的控制器，在根据扰动对对象的干扰途径设计了前馈控制器，并进行了仿真与分析。
【关键词】前馈—反馈控制 解析式算法
1． 前言
在实际的工程控制中，存在着各种各样的扰动干扰，它会使系统的输出变动，系统的误差变大，这会产品变坏，带来很大的损失，因此我们要减小或消除扰动的影响，我们知道反馈会减小系统的扰动影响，在扰动对系统影响的途径非常明确且其数学模型已知的前提下，前馈控制可完全的消除扰动的影响，于是把它们相结合，可非常好的消除或减小扰动的影响。
2． 前馈—反馈控制
前馈控制具有控制及时，负反馈控制具有控制精度的特点，两者结合使得前馈—反馈控制具有及时而又精确的特点。典型的前馈—反馈控制系统的结构如图4.8所示。
2.1前馈控制器的设计
因为是分析扰动作用，所以设R(s)?0，于是
Y(s)Gv(s)?Df(s)G(s)? V(s)1?D(s)G(s)当前馈控制器完全补偿时，有Y(s)?0，所以
Gv(s)?Df(s)G(s)?0
于是得到前馈—反馈控制的前馈控制器模型
Df(s)??Gv(s) G(s)离散化函数模型可以通过两种方法得到：一是对进行离散化处理；二是已知对象及其扰动模型的离散形式
2.2 解析式设计
这是一种直接的数字化设计方法。对于图所示的单位反馈计算机控制系统，用零阶保时器法对被控对象进行离散化。
解析设计法的关键在于的选择，的选择既要满足系统可实现性、稳定性等的基本要求，同时又要满足系统动、静态性能指标的要求。其设计步骤如下： ① 对对象离散化，一般用零阶保时器法对对象离散，得其离散化模型：
G(z)?B(z) A(z)??② 如果对象模型中包含单位圆上或单位圆外的零极点分别用B(z)与A(z)表示，
根据式
D(z)???A(z)Bm(z)
B(z)[Am(z)?Bm(z)]?知Bm(z)中含B(z)，令Bm(z)?B(z)B'm(z)，B'm(z)为Bm(z)中扣除B(z)后的剩余部分，根据系统的稳态误差要求以及对象模型G(z)中的不稳定极点的情况设计B'm(z)， 例如要满足速度函数输入时稳态误差的要求，可令B'm(z)为一阶因子式b0z?b1，如果同时模型还有一个不稳定的极点，则可令B'm(z)二阶因子式b0z?b1z?b2。
③ 根据动态性能的要求设计Am(z)，可以分别采用一阶主导极点模型与二阶主导极点。 ④ 求②中所设的B'm(z)中的系数，假如系统要求满足速度函数输入时稳态误差的要求，
且对象有一个不稳定的极点，即z?p1，则设B'm(z)?b0z?b1z?b2，再根据系统的稳态要求以及模型的不稳定极点知
22???H(z)z?1?0??[Am(z)?Bm(z)]z?p1?0 ?1??dH(z)?z?1?dzTkv?由上边的三个式子可以求出b0、b1、b2。 ⑤ 最后根据D(z)?
A(z)Bm(z)求出D(z)。
B(z)[Am(z)?Bm(z)]3．雷达天线计算机定向位置伺服控制系统设计
天线指向控制系统采用电枢控制电机驱动天线，采用模拟式速度控制回路，位置回路采用计算机控制。
3.1 雷达天线数学模型的建立
① 电枢控制的直流电动机加天线负载的传递函数 在略去电机电磁时间常数时，可得
Gm(s)?Km Tm?1式中，Km为款及的传动系数，Tm为电机时间常数。 ② 天线角速度与角度的传递函数
G??1 is式中，i为角速度与角度的减速比。
其结构图如下
令Kw?10、Tw?0.1、i?5得传递函数为
G(s)?20
s(s?10)3.2 利用解析式方法设计离散的控制器的传递函数D(z)
其系统的设计的性能指标为：速度品质系数Kv?5，阶跃响应的超调量?%?15%， 过渡过程时间Ts?1。
①利用零阶保时器将G(s)化为G(z)，且采样周期为0.1秒得
G(z)?0.0736(z?0.7174) （1.1）
(z?1)(z?0.3679)③ 采用二阶主导极点模型，由（1.1）式，得到B(z)=1；为满足Kv的要求，且对象
模型没有不稳定的极点，取b0z?b1。再根据控制器的可实现性，得到Am(z)为二阶，又因为阶跃响应的超调量
??%?15%，过渡过程时间Ts?1，所以得到
Am(z)?2z?0.76z?0.。 3z?1?0与?④ 再根据速度品质系数Kv?5，由H(z)dH(z)dzz?1?1得到 Tkvb0?0.54，b1?0
⑤ 由D(z)?A(z)Bm(z)得
B(z)[Am(z)?Bm(z)]D(z)?3.3 扰动前馈控制器的设计
7.34z(z?0.3679)
(z?0.3)(z?0.7174)此系统扰动主要来自风对系统的影响，风力会干扰雷达的转动，可以简化为
1Gv(s)?J
s离散化为Gr(z)，然后根据扰动前馈的设计Df(z)?得到
Df(z)?系统设计好的结构图如下
Gv(z) G(z)?0.03(z?0.3333)
z?1
图1 控制系统的结构