實時補償控制（Real-time compensation control）是指同時具有補償控制和實時控制特點的控制方法，即基於不變性原理組成的能夠在確定的時間內執行計算或處理事務並對外部事件作出回響的一種現代工業生產的過程控制。
基本介紹
- 中文名：實時補償控制
- 外文名：Real-time compensation control
- 涉及學科：信息科學
- 套用領域：自動化
- 特點：補償控制和實時控制特點
- 基於：不變性原理
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簡介
實時補償控制（Real-time compensation control）是指同時具有補償控制和實時控制特點的控制方法，即基於不變性原理組成的能夠在確定的時間內執行計算或處理事務並對外部事件作出回響的一種現代工業生產的過程控制。
實時補償控制技術取得初步成功，但現在的補償模型還較為簡單，目前的補償模型是在回歸分析最小二乘法溫度因素模型基礎上所做的補償系統，基於與磨床的控制系統的匹配和補償的實現所做的初步研究和試驗，今後在此基礎要進行諸如熱補償的魯棒性研究，及基於更複雜的分析方法上的補償模型的建立，利用補償器編制更為複雜精度更高的數學補償模型來達到更為理想的補償效果。
實時控制
實時控制(Concurrent Control)現代工業生產的過程控制。實時系統是能夠在確定的時間內執行計算或處理事務並對外部事件作出回響的計算機系統。
實時控制以直接監督工作方式、在工作進行中便執行控制，同時修正行動，改正問題偏差，例如飛機的定位系統。隨著工業現代化的發展 生產規模不斷擴大 生產工藝日趨複雜 不但要求系統有優越的控制性能、 良好的性能 /價格比 還要求高可靠性、 靈活的構成方式和簡易 的 操 作方法 因而等找更有效的控制系統。
基本控制器最主要的特徵是它的實時性 所謂 “ 實時” 是指微機對輸人信息以足夠快的速度進行處理 並在一定時間內作出反應或進行控制 超出了這個時間 就失去了控制的時機 控制也就失去了意義。
實時系統（Real Time System）是另一類特殊的多道程式系統，它主要套用於需要對外部事件進行及時回響並處理的領域。
實時系統可以分為實時控制系統和實時信息系統，兩者的主要區別一是服務對象，二是對回響時間的要求。實時控制系統通常是以計算機為中心的過程控制系統，也稱為計算機控制系統。它既用於生產過程中的自動控制，包括自動數據採集、生產過程監測、執行機構的自動控制等等。也可以用於監測制導性控制，如武器裝備的制導、交通控制、自動駕駛與跟蹤、飛彈火箭與航空太空飛行器的發射等。這樣的控制系統根據控制的對象的不同，還可以分為開環控制和閉環控制。實時信息系統通常指實時信息處理系統，它可以是主機型多終端的在線上系統，也可以是遠程線上（Online）式的信息服務系統，還可以是網路互聯式的信息系統。
作為信息處理的計算機接收終端用戶或者遠程終端用戶發來的服務請求，系統分門別類地進行數據與信息的檢索、查找和處理，並及時反饋給用戶。實時信息系統的開發都是與具體的套用領域分不開的，例如，航空訂票系統、情報檢索系統、信息查詢系統等。
補償控制
基於不變性原理組成的自動控制稱為補償控制，它實現了系統對全部干擾或部分干擾的補償。 按其結構的不同， 補償控制系統一般有前饋控制系統和大遲延過程系統兩種。補償控制系統廣泛套用於工業生產過程、醫學、心理學、軍事、電機、計算機等領域。
前饋控制是以不變性原理為理論基礎的一種控制方法， 屬開環控制系統。 常用的前饋控制系統有單純前饋控制系統、前饋 -反饋控制系統和前饋 -串級控制系統等三種結構形式。大遲延系統的解決方法很多， 最簡單的是利用常規控制器。主要採用常規 PID 的變形方案，如微分先行控制方案和中間微分控制方案等。
分類
前饋補償
（1）按控制量補償：將控制輸入量R(S)經過處理(Gc(S))後，直接向前傳遞，並與主控制器的輸出進行疊加。控制信號直接作用到被控對象，構成開環控制的補償。
（2）按擾動量補償：將系統的擾動輸入量D(S)經過處理(Gc(S))後向前傳遞，與主控制器的輸出進行疊加。增加擾動信號的前向通道，利用雙通道原理來補償干擾。
反饋補償
即反饋校正，在主控制器反饋迴路中增加一個控制器。
串聯補償
即串聯校正，將補償器與主控器串聯起來。
原理
設被控對象受到干擾 Di(t) 的作用時，被控變數 y(t)的不變性可表示為：當 Di(t)≠0 時，則 y(t)=0 (i=l,2,…,n) ，即被控變數 y(t)與干擾 Di(t) 獨立無關。基於不變性原理組成的自動控制稱為補償控制， 它實現了系統對全部干擾或部分干擾的不變性，實質上是一種按照擾動進行補償的開環系統。
補償控制首先求出滿足性能指標的控制規律，然後在系統中增加補償控制器，來改變控制器的回響，從而使整個系統獲得期望的性能指標。
前饋控制
前饋控制是按擾動量的變化進行控制的，是一種擾動補償或按擾動控制，是一種開環控制，如圖1。
圖1
根據不變性原理(即擾動補償原理)，要實現擾動補償，就必須使用補償裝置，使擾動點與被控量之間具有兩個通道，並且使與動態特性的大小相等，符號相反，才能實現完全補償。如果兩個通道僅放大係數相等，則僅能實現靜態補償。通常，前饋控制不單獨使用，而是與反饋控制同時使用，即組成複合控制系統，同時按偏差與按擾動調節。
前饋控制的控制原理及缺點
系統出現擾動時，立即將其測量出來，通過前饋控制器，根據擾動t的大小來改變控制量，抵消或減小擾動對被控量的影晌。被控量的偏差並不反饋到控制器，而是將系統的擾動信號前饋到控制器，故稱前饋控制。
前饋控制是開環控制，在控制過程中不測取被控參量信息，只對指定的擾動量進行補償；對指定的擾動量，由於數學模型的簡化、工況的變化及對象特性的漂移，很難實現完全補償；系統的干擾因素較多，若對所有的擾動進行測量井採用前饋控制，增加系統的複雜程度，而有些擾動量無法測量，不可能實現前饋控制。
引入前饋控制的原則
在系統中引入前饋控制應遵循的原則
（1）系統中的擾動量是可測不可控的。若干擾不可測，前饋控制無法實現。若干擾可控，可設定獨立的控制系統予以克服。
（2）系統中的擾動量的變化幅值大、頻率高。高頻干擾對被控對象的影響很大，易導致持續振盪 。採用前饋控制，可以對干擾進行同步補償控制，獲得較好的控制品質。
（3）控制通道的滯後較大或干擾通道時間常數較小。
動態前饋控制
當被控對象的控制通道和干擾通道的傳遞 函式不同時，或對動態誤差控制精度要求很高的場合，必須考慮採用動態前饋控制方式。
動態前鑲控制的原理是：通過選擇適當的前饋控制器，使干擾信號經前饋控制器至被控量通道的動態特性完全複製對象干擾通道的動態特性，但符號相反，以實現對干擾信號的完全補償。動態前饋控制可使系統靜態偏差等於或接近於零，又可使系統的動態偏差等於或接近於零。
前饋-反饋控制
前饋控制器用來消除主要擾動量的影響；反饋控制器則用來消除前饋控制器不精確和其它不可測干擾所產生的影響。
前饋一串級控制
如果被控對象的主要干擾頻繁而又劇烈，而生產過程對被控參量的精度要求有很高，可以考慮採用前饋一串級控制方案。
方式
閉環反饋補償控制方式
閉環反饋補償控制如圖2所示，在機械加工過程中直接補償實際測量值和理論值之間的誤差。由於反饋信息來自最後檢測的工件尺寸，所以可消除各種誤差，但是這種方法需要有像雷射測微儀等高精度尺寸檢測裝置。但這種裝置是非常昂貴的，且很難在加工過程中對有複雜外形或內部結構的工件實時檢測，無法套用於工廠實際生產。
圖2
開環前饋補償控制方式
開環前饋補償控制如圖3所示，利用預先求得的加工誤差數學模型，預測誤差而進行補償。但這必須有一個符合工程要求和實用的誤差模型進行預測，而且要求系統不受外界因素所干擾，否則不能進行正確地預測加工誤差。但是，開環前饋補償系統很難做到系統不受外界因素所干擾，故這種控制方式也難以套用於實際生產。
圖3
半閉環前饋補償控制方式
半閉環前饋補償控制如圖4所示，選擇幾個比較容易檢測，又能表征系統狀態、環境條件的參量作為誤差數學模型的變數，建立加工誤差和這些參量的並反映規律的關係式。作為半閉環前饋補償，選擇正確、合理、實用的參量是建立補償模型重要的一步，此誤差補償控制系統的關鍵在於保證加工誤差估計模型的高度準確性。
圖4
比較
比較以上三種補償系統，閉環反饋補償控制系統的優點是補償精度最高，而缺點是系統製造成本也最高;開環前饋補償控制系統的優點是系統製造成本最低，而補償精度也最低;半閉環前饋補償控制系統的功能與價格比最佳，故根據我國的具體情況，以經濟、技術、實用和精度等綜合考慮，選用半閉環前饋補償控制系統是相對最優的控制方式。
