• 前饋控制

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    前饋控制

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    前饋(有時寫作前饋)是控制系統中的一個元件或路徑,它將控制信號從其外部環境中的源傳遞到其外部環境中別處的負載。 這通常是來自外部操作員的命令信號。

    只有前饋行為的控制系統以預定義的方式響應其控制信號,而不響應負載的反應方式; 它與同樣具有反饋的系統形成對比,后者調整輸入以考慮它如何影響負載,以及負載本身如何不可預測地變化; 負載被認為屬于系統的外部環境。

    在前饋系統中,控制變量調整不是基于誤差的。 相反,它基于過程的數學模型形式的過程知識以及過程擾動的知識或測量值。

    無反饋的純前饋控制方案可靠需要一些先決條件:外部命令或控制信號必須可用,并且系統輸出對負載的影響應該是已知的(這通常意味著負載 必須可以預見地隨時間不變)。 有時沒有反饋的純前饋控制稱為“彈道”,因為一旦發送了控制信號,就無法進一步調整; 任何校正調整都必須通過新的控制信號。 相比之下,“巡航控制”通過反饋機制根據遇到的負載調整輸出。

    這些系統可能與控制理論、生理學或計算有關。

    概覽

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    通過前饋或前饋控制,可以在擾動影響系統之前對其進行測量和計算。 在房子的例子中,前饋系統可以測量門打開的事實,并在房子變得太冷之前自動打開加熱器。 前饋控制的困難在于必須準確預測擾動對系統的影響,并且不能有任何不可測量的擾動。 例如,如果打開一扇沒有被測量的窗戶,前饋控制的恒溫器可能會讓房子降溫。

    該術語在基于 CPU 的自動控制領域具有特定含義。 與基于 CPU 的現代自動控制相關的前饋控制學科被廣泛討論,但由于開發或提供促進此類控制所需的數學模型的難度和費用,很少被實踐。 通常基于固定 PID 控制算法的開環控制和反饋控制得到更廣泛的應用。

    控制系統分為三種類型:開環、前饋和反饋。 純開環控制系統的一個例子是機動車的手動非助力轉向; 轉向系統無法使用輔助動力源,并且不會響應方向輪轉動的不同阻力駕駛員必須在沒有轉向系統幫助的情況下做出這種反應。 相比之下,動力轉向可以使用受控的輔助動力源,這取決于發動機轉速。 當方向盤轉動時,一個閥門打開,使流體在壓力下轉動驅動輪。 傳感器監控該壓力,以便閥門僅打開到足以使正確的壓力到達車輪轉動機構的程度。 這是前饋控制,其中系統的輸出,即車輛行駛方向的變化,在系統中不起作用。 請參見模型預測控制

    如果駕駛員包含在系統中,那么他們確實會通過觀察行進方向并通過轉動方向盤來補償錯誤來提供反饋路徑。 在那種情況下,您有一個反饋系統,圖 (c) 中標有系統的塊是一個前饋系統。

    也就是說,可以嵌套不同類型的系統,將整個系統看成一個黑盒子

    前饋控制明顯不同于開環控制和遙控系統。 前饋控制需要工廠(過程和/或被控制的機器)的數學模型以及工廠與系統可能接收到的任何輸入或反饋的關系。 開環控制和遙控系統都不需要復雜的物理系統或受控設備的數學模型。

    前饋控制

    基于操作員輸入而不通過系統的數學模型進行整體處理和解釋的控制是遙控系統,不被視為前饋控制。

    歷史

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    從歷史上看,術語前饋的使用最早出現在 Harold S. Black 的美國專利 1686792(1923 年 3 月 17 日發明)和 D. M. MacKay 早在 1956 年的作品中。雖然 MacKay 的工作屬于生物控制理論領域, 他只談到前饋系統。

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    3. 歷史

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