数字集成电路需要注意的十个要点：  尽可能使用前馈结构来补充反馈结构

尽可能使用前馈结构来补充反馈结构

当我在 70 年代后期学习控制理论时，我们从未学习过前馈系统。一切都基于反馈和“G/(1+GH)”。如果我想从我的控制回路中得到一个僵硬的响应，我唯一知道要做的就是提高我的增益，直到我的系统刚好避免振荡!但后来我在 90 年代中期阅读了 Curtis Wilson(无关)的一篇关于前馈控制的文章，它改变了我对控制系统的看法。作为前馈如何工作的示例，假设您有一个电机，您希望在其中控制其电流。反馈方法包括对电机电流进行采样，将其与所需电流进行比较以生成误差信号，然后将该误差信号馈送到控制结构中以驱动电机电压。但是前馈方法会问，“电机电压的方程式是什么v(t)作为电流i(t)的函数?” 一旦定义了方程式，您只需将方程式中的i(t)设置为您的指令电流，并求解实现该电流所需的电压v(t) 。假设您的传递函数是正确的，如果您随后将该电压波形应用于电机绕组，您应该会得到所需的电流波形。

在大多数情况下，前馈结构比反馈结构快得多。这是因为反馈结构必须首先在命令值和反馈值之间产生误差，然后才能生成响应。但是前馈结构不按照误差原理工作。它只是计算需要应用于工厂输入(例如，电压)以使其输出等于命令输入值(例如，电流)的理论值。而且这样做完全不会影响系统的稳定性，因为它不使用反馈回路!

虽然前馈结构非常适合设计能够快速响应输入变化的控制系统，但它们在负载或工厂中无法预测的变化方面表现不佳。然而，这是一个反馈结构做得很好的领域。因此，最终的解决方案是一种混合方法，您可以使用前馈结构来完成繁重的工作，以在输入快速变化时改善瞬态响应，然后使用反馈来校正漂移和其他不可预测的低频效应。为了让反馈环路做到这一点，它的增益可以设置为如果它也负责瞬态响应则必须达到的增益的一小部分。较低的增益等于更好的稳定性!混合反馈/前馈控制器的示例如下所示。

利用观察者窥探信号

很多时候，您需要访问无法直接测量的隐蔽信号，例如电机内部的反电动势信号或转子磁通的角度。但是，如果此信号与您确实可以访问的其他信号有明确的关系，您可以使用称为 OBSERVER 的东西从其他信号中挤出丢失的信号!我仍然对它的效果感到惊讶!这些小过滤器非常聪明，似乎可以凭空提取信号。顺便说一句，观察者是反馈结构与前馈结构协同工作的一个例子，就像我们在上一节中谈到的那样。

有许多不同类型的观察者……这里无法涵盖。下面是一个典型的速度观测器示例，您可能会在使用编码器的数字控制系统中找到它。试图从编码器中挤出速度信息可能会让人望而生畏，尤其是在编码器移动非常缓慢的情况下。如果您只是测量每次采样更新时编码器计数之间的差异，您最终会在低电机速度下得到非常量化的速度信号。另一方面，如果你测量编码器边缘转换之间的时间，你有很多数字分辨率，但你的速度采样频率在低电机速度下会被破坏。但是，观察器可以与您的控制回路的其余部分以相同的采样频率运行，并且它会创建一个具有您想要的分辨率的速度信号。前馈电流输入信号允许观察者估计具有零或接近零相位滞后的速度信号!这真是太酷了!