原文标题：过程自动化控制的发展和理论详解（篇5）
过程自动化控制的发展和理论详解（篇5）
【按语】自动控制的科普综述文章少之又少，这一篇是难得好文章，语言精致，生动有趣，把自动控制的发展过程及精髓用非常通俗的语言描述了出来，其中不乏精彩的比喻，对于自动控制人员来说实在是不可多得的宝贵资料。
文章虽然长一些，但非常值得静下心来好好读一读。由于原文有35000字，数十页之长，所以本站编辑根据文章内容，将之分解为“过程控制理论”，“现代控制理论”、“系统辨识”、“工程控制算法”四篇，供读者阅读学习。本文是第一篇：过程控制理论。
【本文主要内容】
【前馈控制（feed-forward control）(一)】
本文字数：1480字，阅读大概需要5分钟；
【前馈控制（feed-forward control）(一)】
前馈控制有两个要紧的东西：
一是定量的扰动对被控变量的影响，也就是所谓前馈增益；二是扰动的动态，别人抽水到洗澡龙头的水温变热，这里面有一个过程，不是立时三刻的。如果可以精确知道这两样东西，那前馈补偿可以把可测扰动完全补偿掉。但实际上没有精确知道的事情，要是指望前馈来完全补 偿，弄巧成拙是肯定的。所以前馈通常和反馈一起用，也就是在 PID 回路上再加一个前馈。一般也只用静态前馈，也就是只补偿扰动对被控变量的静态影响，而忽 略扰动的动态因素，主要是为了静态前馈已经把前馈 80%的好处发掘出来了，动态前馈既复杂又不可靠，在PID 回路里很少有人用。理论上的前馈都是在 PID 的控制作用上再加一个前馈作用，实际上也可以乘一个控制作用。乘法前馈的作用太猛，我从来没有用过，一般都是用加法。在实施中，前馈是和扰动的变化（也就 是增量）成比例的，所以扰动变量不变了，前馈作用就消失，否则，整定前馈控制增益会对 PID主回路造成扰动。前馈增益可以根据粗略计算得到，比如说，抽水的量会造成温度下降多少、需要调整多少热水流量才能维持温度，这不难从热量平衡算出来。不想费这个事的话，也可以从历史数据中推算。一般算出来一个前馈增益后，打上 7 折甚至 5 折再用，保险一点，不要矫枉过正。
前馈作用一般是用作辅助控制作用的，但是在特殊情况下，前馈也可以作为“预加载” （pre-loading）作为基准控制作用。比如说，在一个高压系统的启动过程中，压力可以从静止状态的常压很快地什到很高的压力。高压系统不容许阀门大幅度运动，所以控制增益都比较低，但是这样一来，启动升压过程中，压力控制的反应就十分迟缓，容易造成压力过高。这时用压缩机的转速或高压进料的流量作前馈，将压力控制阀“预先”放到大概的位置，然后再用反馈慢慢调节，就可以解决这个问题。
文章写于2015年，作者晨枫，具有扎实的理论基础和丰富的现场经验，目前旅居加拿大，一直从事化工控制方面的工作和研究。
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