
反馈控制是在利用当前时刻的信息(当前误差),这个信息在t时刻之前,是没有办法获得的。前馈控制是在利用先验知识(如期望轨迹,外部扰动的特征等),理论上我们可以得到,至少是部分得到,任意时刻用到的前馈控制的信息。
反馈控制就是在执行中,发现存在执行误差,于是利用执行误差来调整控制输入,控制器写为
在反馈控制中,我们仅用到了当前时刻观测到的误差的信息,如果我们有下一时刻误差(离散系统)或误差的导数(连续系统)信息,知道了更多的信息,自然可以提升系统的性能。
从 中可以看出, 。一般来说, 是我们设置的目标, 是可以知道的,这就提供了下一时刻误差的信息。考虑添加这一项前馈控制信号,控制器可以写为 . 这对应下面的case 1
同时,考虑 ,也就是系统状态受到外部扰动d的影响。同样的,外部扰动d(k)提供了下一时刻误差的信息。如果我们知道外部扰动的信息,那么进一步可以添加外部扰动信息作为前馈控制信息,控制器可以写为
进一步的,考虑 ,于是上述控制器可简化为 方便起见,将控制器重写为为
这个形式的控制器是不是就很眼熟了,这是我们最常用的控制器形式,我们一直在用的控制器就已经结合了反馈控制和前馈控制。
考虑系统
我们希望该系统跟随一条三角函数曲线
采用反馈控制器u=Ke, K通过LQR方法得到,相应的系统响应为
采用前馈+反馈控制器u=Kx+Lr, 其中L=-0.5K,得到的系统响应为
此时,系统的跟随误差已经小很多了。
进一步的,采用下文中的方法,可以实现完美跟踪,如下图所示
考虑系统
其中d为外部随机扰动。
采用反馈控制器u=Ke, 相应的系统响应为
系统在外部扰动的作用下无法归零,只能在远点附近抖动。
采用前馈+反馈控制器u=Kx-d, 相应的系统响应为
系统在综合控制器的作用下,就可以保持在原点了。
