本帖最后由 coleyao 于 2012-6-22 21:53 编辑

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                       预测式负反馈控制--一种优秀的自动控制方法
    目前在各种工业场合，很多地方都用到了单片机数字控制方式（离散控制），相对于原先使用各种电子元件构成的模拟调节方式，数字控制方式控制具有元件少，更改参数简单，可靠性高，信号处理简单等特点，在最近已日渐取代模拟调节成为大势所趋。
   离散控制中最成熟，最流行的应该是PID控制方式及其各种变种（预测式负反馈控制我也做了两个引申的控制法，我分别命名为Pre_av和Pre_adv，在早期的温控仿真软件中有提及，这两种方法稳定性和普适性变差，但有其个性，对它们感兴趣的读者可以去研究一下），各个学科的前辈们对PID进行了深入的研究，使得PID控制的理论越来越成熟，其实际应用也越来越广泛。PID控制方式其实是一种频域的解决问题的方法，它将实域问题映射到频域中，通过对频域的研究（波特图等等）得出一些结论，并反过来指导解决实域问题，因此，PID控制方式尽管各参数在实域内得到了一定意义上的解释，但其本质上是频域的，因而PID也有着一些固有的缺点，最明显的缺点就是PID控制方式参数整定比较复杂，对PID没有深入地研究过的话很难应用到实际产品中去，特别是有一些产品使用的场合干扰比较大，有较大的延时，此时更难得到一个理想的参数。
   因为本人不是自动化专业出身，工作后接触的自动控制也很有限，我就只能拿温度控制来解释一下预测式负反馈控制方法了，至于该方法是不是对其它场合同样有效，希望各位有心的读者自行作个验证。
   既然要讲温度控制，那么就先讨论一下温度控制有那些指标，怎样的控制曲线是理想的控制曲线。就我自己的理解，温度控制的指标主要有升温速度，过冲幅度，调节时间，稳定后控制精度，抗扰动这五项，这五项如果要同时做到最好是比较困难的，但是如果其中一到两个参数指标稍微放宽一些，其余指标做到最佳则是可以的，下面的一副图给出了一个近似理想的控温曲线，其中红 {MOD}曲线为使用仿真软件得到的温控曲线。
                                （图一 请参考附件）  
再给一个产品实际控温曲线图，如下：
                                 （图二 请参考附件）
　　使用通常的PID控制，要想得到理想的控温波形应该是要花一番功夫的，如果再需要预留一定的抗扰动余量，可能会难倒不少已经对PID整定有相当熟练程度的电工。不过如果是采用预测式负反馈控制，以上的难点就会迎刃而解。那么就是预测式负反馈控制的原理是怎样的呢，它为何会有这样的控制效果呢？要弄明白预测式负反馈控制的工作原理，就必须明白比例负反馈原理。比例负反馈原理在很多介绍PID控制的资料中都有介绍，我就不多讲了，只讲一下它的特点：比例系数较小时，抵抗环境扰动的能力较弱，比例系数较大时则会因系统延时产生等幅振荡，因而纯粹的比例负反馈很少用到实际控制中去。但是回过头来再想一想，既然单独用比例负反馈不行，是不是再加入其它分量经过适当搭配消除系统延时的影响呢，随之当然就出现了PID控制方式，尽管PID用起来并不简单，但经过前人这么多年的摸索和研究，已经找到了一套行之有效的办法，就是一些整定方法，但是，有没有比PID控制方式更有效更简洁的控制方式呢，当然是有的，也就是我要介绍的预测式负反馈控制，它也是由比例负反馈控制衍生出来的。
  更多内容请参考附件（图片为软件仿真环境温度变化时的PID增量控制和预测式负反馈控制的对比图，环境温度曲线是手绘的，绘制时请先将SurT draw enable选项勾选，然后在绘图区域绘制即可）！
  很多读者说预测式负反馈控制与PID控制算法很像，我回过头看了一下（参考附件"PID控制经典培训教程"的公式推导），其实位置式PID的增量形式中就是预测式负反馈控制的y=y0+vt+0.5at*t（时域二阶逼近PreF_av）控制方式，但各参数搅和在一起，不如预测式负反馈控制简洁且各参数的物理意义更清晰直观，因此位置式PID更适合的名称应该是预测式负反馈，位置式PID的位置形式就是我的软件中的PID位置算法，至于我的软件中所说的PID模拟算法（与大多自控书中的原始定义一致的），反而是应该是增量式PID，不知道这样的解释大家清楚了没有。