**大虾发表前言：

利用输入或扰动信号的直接控制作用构成的开环控制系统，称为前馈系统(Feedforward Control Systems)。这类按输入或扰动的开环控制通常与包含按偏差的闭环控制共同组成反馈-前馈控制系统，称为复合控制系统。

在siemens驱动控制技术中，大量采用了前馈控制方式，比如在直流调速系统(6RA70/80)中的电枢电流预控，EMF预控，励磁电流预控等，在交流调速系统中，由于采用矢量控制算法，更是采用了前馈控制，这样矢量控制在本质上是建立在对控制对象(同步电机/异步电机等)模型系统的观测基础上的一类前馈控制，辅以相关控制量的闭环控制，形成反馈-前馈控制达到类似于直流电机的调速性能。同样，在某些变频算法中亦采用前馈控制方式，比如交交变频器中的相电流控制器，对于三相电流解耦合，实现PI控制器下的正弦电流给定无差跟随等具有重要意义。

同时，前馈控制也应用在大量控制应用中，比如转动惯量/摩擦补偿，负荷观测力矩预置等。

从siemens各类系统中的前馈控制来看，本质上都是对控制对象的观测，建立电机的模型方程，依据转矩/转速控制要求，通过变频器调制技术进行功率放大，直接输出电机需要的各类电量(电压/电流)，从而实现期望转矩与转速控制要求。这样，模型的观测对于前馈控制对各类驱动控制性能的高低起到决定性作用。

在本次有关前馈讨论中，将涉及

1)前馈在驱动控制系统的各类应用;

2)模型的观测对于前馈控制的意义;

3)模型的观测(所谓的电机模型辨识);

4)所建立模型系统是否准确的判定;

5)前馈控制的调试等。

希望大家集思广益，以便于深入了解驱动控制运行机制，利于进行调试，诊断，满足应用要求。

　江湖小虾：

前馈控制，在闭环控制系统中，用得比较多。主要是通过前馈控制，做一些被调量的动态补偿。因此，这种控制只有在系统调节的的动态过程中才起作用，稳态时不发生作用。也就是说，前馈控制一般都是微分作用的控制。

我说一个问题：

上图是6SE70中一个典型的摩擦惯性补偿例子。我一直对此赞叹，这个补偿太经典了，它实际是一个有常数项、一次项和二次项的标准二次方程。在动力学中，一般为了简化计算，大家都习惯把运动中的阻力方程，采用标准的二次方程来描述。上图中，红圈部分，如果把它变成一个速度的函数，那就可以模拟任意的阻力方程了。

很可惜，这个功能图表示，他仅仅是系统的摩擦阻力补偿。因为输出的极性被规定死了，不能做其他用。一直很无奈。如想模拟负载阻力，只能是采用自由功能块搭，不过此图给出了一个很好的模版，照着去实现，把极性变成自己所需的就可以了。

这就是一个典型的补偿例子了。

　　酱油甲：

前馈的控制一般都是微分的作用。那他和微分有什么区别吗?既然有了微分，为什么还要有前馈呢?

　江湖小虾：

问题问得好。我是这么理解的：

**，前馈控制就是超前的控制。如果这么理解，作为PID调节器的D，那就是前馈控制的一种。因为由于微分效应，对于调节器输入，不论是给定值还是反馈值，只要有突变，就会在调解器的输出立刻做出“快速反应”。这就是狭义的前馈控制。

**，前馈控制，还有广义的应用，那就是在一个多变量的复杂系统里，各变量要有相互的配合控制。因此，把一个变量由微分作用关联到另外一个变量的调节器输出，使该变量突变的时候，另外那个关联的变量调节器输出有一个微分补偿。以保证相关变量基本不变，不会因为一个变量的变化导致另外一个变量也随之波动。像这样的例子在多轴联动的伺服系统中，可能会有应用。而我是使用在了发动机台架试验的控制系统中。发动机的台架试验，有加载的电机控制系统，有发动机的油门控制系统，一般实验要求，发动机的转速和扭矩都需要相对稳定，不允许波动，为了保证两个系统相关连的控制不受影响，那么油门控制的变化量要通过微分环节作用在加载电机的控制系统中，当电机在恒转速控制下，油门开度放生变化，要通过微分作用电机系统，前馈作用在电流通道，以保证其转速相对“纹丝不动”，只是电机电流随油门开度的大小而增减。

当然，前馈控制还有许多的应用，只要知道它的原理，那就可以随心所欲的去搭建自己的配合控制了。

　酱油甲：

从手册上找到一段文字

Feedforward Control The conventional position control concept (P controller) always requires a deviation

(following error = FE) between position setpoint and actual position value. This

deviation can lead to unwanted axis behavior, e.g. contour errors, poor dynamics

(performance characteristics during rise time) etc.

The feedforward control's task is to compensate for these problems. The

feedforward control calculates the axis (setpoint) velocity directly from the position

setpoints by differentiation, multiplies it with the KPC factor, then passes it directly

to the position controller output. In the best of cases, the feedforward control

setpoint will cause the axis to move at the velocity calculated by the interpolator.

If the actual axis position were immediately returned to the position controller, the

following error would be 0. The position controller would then only have to deal with

the task of correcting disturbance-induced fluctuations of the real actual axis

position.

大体翻译一下

传统的P控制器，需要一个跟随误差(设定值-实际值)这样造成了轴的轮廓错误，动态响应性差，在执行轮廓上升期间。

前馈控制就是解决这些问题。前馈控制设定速度值来自位置设定值的微分，乘以KPC，直接传送到位置控制器的输出。这样可以减小在运行过程中的跟随误差。

　　高手：

这句话不是在讲闭环。它是说：要想提高闭环的响应性，应该加入(开环的)前馈预控。

闭环指的是对偏差(ERR=设定值 - 反馈的实际值)的 PID 控制。而这个所谓的设定值的“微分”并不是对偏差(ERR)的微分。

对于速度控制,具体的说，就是参数P1311(加速度提升)这类参数，它仅仅在设定值变化正向时作用，斜坡输出到达设定值时停止。具体提升数值则只是个可以调整的固定值。因为它只是在加速度时作用，要说它是设定值的微分，有点勉强吧。这里没有任何反馈

其他几个“提升”也归于前馈预控类。和闭环，PID没有关系!

对于位置控制系统来说，所谓“微分”，那就是(如题)根据设定值变化，对速度的预控项。

　　酱油甲：

有一次打电话问技术支持

西门子技术支持的说法：前馈控制可以减小误差，但是运行时间相对于P控制器要长一些。

感觉没什么道理吧?

　江湖小虾：

我认为有道理。因为有了前馈的补偿，使调节器延长稳定性的调节时间，但降低了调节器的超调量，这样的例子很多。应该说，前馈补偿控制，对突然的负载变化或给定量的变化，起到一个缓冲的作用(惯性作用)，对系统的超调量有抑制作用，但会延长系统的调节时间。

因此，我们在设计闭环系统的动态和静态性能指标上，总是要找到一个满足工艺要求的平衡点。欠阻尼和过阻尼都不可取。

　酱油乙：

补偿外扰输出量保持其在期望值的反馈，不变原理可做到完全消除主扰动对系统输出的影响.并利于提高控制精度.反馈控制作用能不能及时影响系统的输出或引起输出量的过**动，直接影响控制。

　江湖小虾：

我理解的前馈控制，顾名思义，就是绕过了闭环调节器，超前的控制，直接作用于调节器输出的控制。

前馈控制，现在看来用途很广，什么情况都可能有，就是对调节器输出的一个补偿，实时的补偿。我前面讲其馈控制更多的是动态的补偿，这是我所见到的和经常用到的一种功能，就前馈控制本身而言，确实无所不能。

比如，就说2楼的贴图，摩擦惯性补偿，作为系统摩擦补偿，他是一个二次方程的函数，与转速的变化和大小有关，因此在做摩擦前馈补偿的时候，他不是微分性质的，而是实时、与转速有关的补偿。时刻都在补;而惯性补偿就不同了，惯性前馈补偿是与加速度有关的函数，只在动态过程中才有惯性补偿，当转速恒定时，加速度等于0，所以惯性补偿也为零，因此惯性补偿是速度的微分��偿，只与转速的动态有关与转速的稳态无关。

　　酱油乙：

1.前馈只有数字系统也就是计算机控制系统才能实现

2.前馈必须是有规律的可以用数学表达式建立的函数

3.一般前馈量就是控制反馈量

4.前馈的作用就是提高系统的动态响应特性，与控制精度没有直接关系

5.前馈控制是开环的，一般就是个比例环节

MM440的PID控制设置为主给定+微调模式时，就是一个典型的前馈控制。

　　高手：

前馈也叫做“顺馈”，在控制系统中经常用到。前馈就是并联在前向通道的一类补偿通道。

这些在早期的(以运算放大器为主)模拟控制电路中也经常使用。

前馈和闭环PID调节无关。

例如：在开环的V/F模式下的滑差补偿;对负载电流的频率补偿等等。这些都是对已知的具体系统可以得到实际数据的。对于很多有规律变化的负载状态系统，都可以加入前馈做一些预控。即便是PID反馈系统也可以加入一定的前馈预控。

前馈的特点是：针对某种状态做某种补偿(补偿量不一定是增加哦)。如补偿电压;补偿频率等等。

在很多大惯量系统中，不使用前馈预控;仅使用闭环PID调节，调试是会很困难的。

在驱动器自身来说：“MM440的PID控制设置为主给定+微调模式”并不是驱动装置的前馈。但对于整个大系统来说：这个主给定就是前馈预控。

前馈控制和闭环控制完全没有关系。而且就是根据状态设置的固定(或比例的)补偿量。

例如：

1、主题帖的输入(给定频率)，对于稳定负载，已经知道滑差;则根据给定频率，做一点频率补偿;*终得到和给定一致的电机转速。

2、主题帖的扰动(负载变动)，已知输出电流和负载的一定比例关系;当输出电流增大时;补偿一点输出电压和输出频率;*终得到和给定*接近的电机转速。

既然说到“前馈”是可以“开环”预控，减小被控装置目标的误差。那么在矢量控制下的前馈预控要比V/F模式下更加有效。为什么?

因为，在V/F模式下不能准确区分励磁电流和转矩电流;因此电压、频率补偿量只能是大概其;大约的。而在矢量控制模式下，可以完全根据转矩电流来安排补偿。

这样就很容易看出，做好电机调试、建立正确的、符合实际的电机模型;得到正确地电流矢量，对于有要求的**控制有多么重要!

　酱油乙：

早期日本人的模拟电路有做的，但局限很大，很难实现，所以一直停留在理论上，直到计算机技术的发展，前馈控制才真正地广泛应用起来。

　　江湖小虾：

很有意思的交流，由此看出关于前馈控制的理念、解释，真是百花齐放了。“各村有各村”的高论。我坚持自己的理解。

**，前馈控制作为一种方法，在自控理论和实践中很早就有使用(从模拟时代)，好像(没记错的话)80年代的《直流电机闭环自动控制系统》的教材中，随动系统章节就有讲;而且，闭环控制模拟电路中也用过。效果不是很好，但超前的控制和补偿还是有的。

**，在闭环系统中，前馈控制尽管是超越了调节器的调节，直接作用在调解器的输出，但是作为整个闭环系统的一个环节，它对被调量以及调节时间还是产生影响的。也就是说，由于前馈信号的作用，会影响到调节器的调节过程发生改变。因为反馈信号的变化，对有前馈控制还是没有前馈控制在反应速度、变化趋势上是不会一样的。

　高手：

对于交交变频器的矢量控制中的前馈+反馈的驱动系统(P1300=20)。

其中SLVC实际上相当于达到直流驱动系统中的它励的电压反馈的性能(它不是测速反馈)。

尽管它没有测速传感器，但它仍然是个闭环PID反馈系统(反馈信号只是来自电机模型)。

默认情况下，除了连续提升之外，其他的前馈环节都是关闭的。(也不可能给你预先打开，除非是已知的。)这正如Z侠所说的：“ 2.前馈必须是有规律的可以用数学表达式建立的函数。”

而带有传感器的VC矢量控制才能达到相当于直流驱动的它励的测速反馈的性能。

而完全没有矢量控制的变频器(如：MM420，V20等)仍然可以做闭环控制，也包括了PID环节供你使用;也包括了各种前馈预控环节供你使用。(包括多点可编程V/F控制模式，也可归类于前馈预控。)