前馈控制是以不变性原理为理论基础的一种控制方法，在原理上完全不同于反馈控制系统。反馈控制是按被控变量的偏差进行控制的，其控制原理是将被控变量的偏差信号反馈到控制器，由控制器去修正控制变量，以减小偏差量。因此，反馈控制能产生作用的前提条件是被控变量必须偏离设定值。应当注意，在反馈系统把被控变量调回到设定值之前，系统一直处于受扰动的状态。

考虑到产生偏差的直接原因是扰动，如果直接按扰动实施控制，而不是按偏差进行控制，理论上可以把偏差完全消除。因此，在这样的一种控制系统中，一旦出现扰动，就立即将其测量出来，根据扰动量的大小和方向通过控制器来改变控制变量，以补偿扰动的影响。由于扰动发生后，在被控变量还未出现变化时，控制器就已经进行控制，所以称这种控制方式为前馈控制或扰动补偿控制。这种前馈控制是按扰动量的变化进行补偿控制的，这种补偿作用如能恰到好处，可以使被控变量不再因扰动而产生偏差，因此它比反馈控制及时。

例如，图8-2所示的换热器温度控制系统利用蒸汽对物料进行加热，系统的被控变量为物料的出口温度θ2。在此系统中，引起温度θ2改变的因素很多，如进料量Q1、入口温度θ1和调节阀前的蒸汽压力p，其中主要的扰动因素是物料的流量，即进料量Q1。

为了维持物料的出口温度θ2稳定，采用了温度单回路反馈控制系统，如图8-2中的虚线部分所示。对于蒸汽侧的扰动如蒸汽压力p改变，该系统能达到较好的控制效果。如果有其他因素影响了出口温度，也能通过温度反馈控制收到一定的效果。但由于系统的扰动主要是进料量Q1，即根据生产的需要进料量Q1的大小随时改变。当进料量Q1发生改变时，物料的出口温度θ2就会偏离设定值。温度控制器θC接受偏差信号，运算后改变调节阀的阀位，从而改变蒸汽量Q来适应进料量Q1的变化。如果进料量Q1的变化幅度大而且十分频繁，那么这个系统是难以满足控制要求的，物料出口温度θ2将会有较大的波动。

如果根据主要扰动进料量Q1的变化设计一个前馈控制系统，如图8-2中的实线部分所示。此时，可先通过流量变送器FT测得进料量Q1，并送至前馈控制器G ff（s），前馈控制器对此信号经过一定的运算处理后，输出合适的控制信号去操纵蒸汽调节阀，从而改变加热蒸汽量，以补偿进料量Q1对被控温度的影响。例如，当进料量Q1减少时，会使出口温度θ2上升。前馈控制器的校正作用是在测取进料量Q1减少时，就按照一定的规律减小加热蒸汽量Q，只要蒸汽量改变的幅值和动态过程合适，就可以显著地减小由于进料量Q1的波动而引起的出口温度θ2的波动。从理论上讲，只要前馈控制器设计合理，就可以实现对扰动量Q1的完全补偿，从而使被控变量θ2与扰动量Q1完全无关。

由换热器温度控制系统的例子可以看到，反馈控制对于变化幅度较大而且十分频繁的扰动往往是不能满足要求的。而前馈控制却能把影响过程的主要扰动因素预先测量出来，再根据被控对象的物质（或能量）平衡条件，计算出适应该扰动的控制变量，然后进行控制。所以，无论何时，只要扰动出现，就立即进行校正，使它在影响被控变量之前就被抵消掉。因此，在理论上，即使对难控对象，前馈控制也可以做到尽善尽美。当然，事实上前馈控制受到测量和控制模型准确性的影响，一般情况下，不可能达到理想控制效果。(www.daowen.com)

图8-3为前馈控制系统的方框图。它的特点是信号向前流动，系统中的被控变量没有像反馈控制那样用来进行控制，只是将负荷扰动测出送前馈控制器。十分明显，前馈控制与反馈控制之间存在着一个根本的差别，即前馈控制是开环控制而不是闭环控制，它的控制效果将不通过反馈来加以检验；而反馈控制是闭环控制，它的控制效果却要通过反馈来加以检验。

图8-2　换热器温度控制系统

图8-3　前馈控制系统的方框图