前馈控制响应更快

C控制系统通常依靠前馈来提高对命令信号的响应能力。前馈是基于一个循环嵌套在另一个循环中的控制系统结构。

例如，在运动控制系统中，速度回路通常包含在位置回路中。位置循环生成一个速度命令，该命令被传送到速度循环。在这种控制结构中，内环总是比外环快。前馈路径本质上是绕过较慢的外部循环的捷径，允许命令信号直接访问较快的内部循环。

控制系统是基于环路增益的。控制中最常见的结构是从命令信号中减去反馈信号以产生错误;该误差乘以一个或多个循环增益。大回路增益通过积极地将误差信号驱动到零来提高响应性。不幸的是，大回路增益也使控制系统易受不稳定性和噪声的影响。当工程师调整控制系统时，他们通常会在这些限制允许的范围内尽量提高环路增益。前馈提供了另一种方法来提高响应性，减少了最大化循环增益的需要。

运动前馈
该图显示了运动控制系统中前馈的一个常见例子。这是一个使用速度前馈的位置控制器。位置回路增益，K_P，缩放位置误差以创建速度命令。K的值越大_P，位置回路的响应速度就越快。然而，如果K_P设得过大，系统就会变得不稳定。在很多系统中，K是偶数_P大到接近不稳定的程度，仍然产生不够的反应。前馈是一种实用的方法来加速这些系统，而不会产生高环路增益引起的问题。

前馈通常要求对命令信号进行微分。对于所示的运动控制示例，对位置轮廓进行微分(d/dt)以创建速度轮廓。然后将速度剖面按K进行缩放_F，并与环路增益产生的信号相加，形成速度环路命令。注意，前馈路径不会与电机形成环路。与K_P由于前馈增益在环外，所以不会使系统不稳定。

前馈增益确实有缺点。首先，它们不能帮助系统对扭矩干扰做出反应。控制系统通过反馈回路感知到扰动;从本质上讲，前馈增益在这个循环之外。此外，过多的前馈会导致超调。对于所示的例子，如果K_F设置过高，当机器停止时，它可能滑过目标位置，然后不得不回到正确的位置。

最佳调音方式
通常，调整系统的最佳方法是从零前馈增益开始，并尽可能地提高环路增益。然后，如果系统需要更好的响应性，可以添加一些前馈。准备好在添加前馈时减少一点环路增益。这是因为即使是一点点的前馈也会产生一些超调;适度减少环路增益将解决这个问题。

前馈可以大大提高系统的响应能力。在运动控制系统中，它通常会使机器的速度提高两倍以上。

乔治·埃利斯，科尔摩根的资深科学家 评论?电子邮件:fbartos@cahners.com

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