生活中有什麼前饋控制的例子嗎?

自動控制中幾乎都會採用負反饋控制,前饋控制存在感非常弱,好像只在課本的概述中才能見到。

不知道前饋控制有什麼應用嗎。包括工業中的前饋控制設計,或者生活中有什麼前饋控制的實例。


《謝家麟自傳》

第十一章 國際合作的「前饋控制」研究

一、美國布魯克海文國家實驗室加速器實驗裝置

二、「前饋控制」研究

三、布魯克海文國家實驗室的生活點滴

以上信息來自亞馬遜鏈接(本來想貼個豆瓣鏈接,但豆瓣上該書信息不全):《科學與人生中國科學院院士傳記:謝家麟自傳》 謝家麟【摘要 書評 試讀】圖書

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更多信息,同樣來自以上鏈接。

作者簡介

謝家麟,中國科學院院士。1920年8月出生於哈爾濱,1943年畢業於燕京大學物理系,1947年赴美留學,1948年獲加州理工學院碩士學位,1951年獲斯坦福大學博士學位。回國途中受阻,先後在奧立根大學、斯坦福大學微波實驗室任職。後在芝加哥領導研製成功「使用電子治癌的醫用電子直線加速器」。

1955年回國,在中國科學院高能物理研究所工作,歷任研究員、副所長、「八七工程」加速器總設計師、北京正負電子對撞機工程經理、粒子加速器學會理事長等職。50~60年代,領導完成可向高能發展的電子直線加速器、大功率速調管和電子回旋加速器等科研項目;80年代,領導北京正負電子對撞機工程的設計和建造;90年代,領導建成北京自由電子激光裝置;現從事新型加速器研究。

曾獲全國科學大會獎、國家科學技術進步獎特等獎、中國科學院科技進步獎特等獎、胡剛復物理獎、何梁何利科技進步獎、國家最高科學技術獎等。

目錄

總序(路甬祥) i

自序 iii

第一章 我的家世和童年

一、家庭背景

二、動蕩童年

第二章 求學時代

一、匯文中學

二、燕園弦歌

三、武大借讀、燕京復校

第三章 走向就業

一、桂林山水甲天下

二、日寇進犯,逃難昆明

三、第一次接觸高頻、高壓工作

四、日本投降,北上還鄉

五、留美考試

第四章 留美生涯

一、加州理工學院

二、斯坦福大學

三、斯坦福人物誌

四、攻博之路

第五章 破碎的回國夢

一、回國受阻

二、俄勒岡大學執教

三、重返斯坦福大學微波與高能物理實驗室

第六章 研製世界上第一個使用高能電子束治癌的加速器

一、背景情況

二、無例可循,自辟蹊徑

三、克服困難險阻,享受成功喜悅

第七章 白日放歌須縱酒,青春作伴好還鄉

一、再次踏上歸途

二、回國初期的一些學術活動

第八章 中國第一台可向高能發展的加速器

一、「想吃饅頭,先種麥子」,一件遠遠超前的研究工作

二、室內承擔的其他任務

第九章 十年磨一劍,鋒利不尋常

一、高能加速器的籌劃

二、歷史背景——「八七工程」

三、方案調整,BPS下馬

四、上下求索,起步艱難

五、曲折前進,方案落實

六、設計預製,製造安裝

七、心餘力拙,主動讓賢

八、建造北京正負電子對撞機的經驗給我個人的感受

九、鄧小平與「北京正負電子對撞機」

第十章 北京自由電子激光裝置的研製

一、歷史背景

二、裝置簡介

三、立項啟動

四、排除困難渡過難關

五、鍥而不捨終抵於成

六、經驗教訓

附錄

第十一章 國際合作的「前饋控制」研究

一、美國布魯克海文國家實驗室加速器實驗裝置

二、「前饋控制」研究

三、布魯克海文國家實驗室的生活點滴

第十二章 一個新型電子直線加速器的誕生

一、老有所為,束流應用

二、創新四步曲

三、產業化的艱巨歷程

第十三章 交遊散記

一、蘭州近代物理研究所與中國西部之游

二、我國的幾台同步輻射裝置

三、美國幾個實驗室掠影

四、記法國科學家勒布蒂特

五、韓、日之旅

六、俄、烏之行

七、巴西掠影

八、處女島記事

九、阿拉斯加之游

附錄

第十四章 人生感悟、青年寄語

一、跟蹤與創新、引進與自製

二、寄語從事科研工作的青年

三、自主創新,路在何方?——兼談高檔次科技人員的培養

附錄一 謝家麟生平活動年表

附錄二 謝家麟部分論著目錄


把眼睛蒙上投籃


比如股市裡有人知道內幕消息,總比散戶快人一步。股災來臨之前早早就溜了。不知道這個比喻恰不恰當,想表達的意思前饋比反饋塊,不需要高伺服帶寬,但只有知道對象或者擾動先驗知識,才能用前饋。這裡的內幕就是先驗知識。


迭代學習控制(Iterative learning control, ILC)[1],是一種前饋控制演算法。

生活中的一個直觀例子是投籃行為。練習定點投籃是一個重複性行為,每一次投籃行為看作一次控制試驗, 練得多了,投籃的命中率會提高(控制效果變好),原因在於進行第i+1次投籃的時候,你會根據第i次的結果進行角度、力度等預先調整(即前饋),使得投籃誤差縮小,提高命中率。

下圖的前饋演算法即ILC框圖(反饋環節可以去掉),由於有一個延遲環節(Iterative Delay,相當於投籃手的記憶存儲,用於存儲上一次投籃的誤差),當前的前饋控制器輸入是由上一次的結果誤差學習得來,屬於前饋預測,不屬於反饋控制(區別:反饋控制為當前控制器輸出與當前輸出結果有關)。

[1] Bristow D A, Tharayil M, Alleyne A G. A survey of iterative learning control[J]. IEEE Control Systems, 2006, 26(3): 96-114.


把前饋看作是預測,是本科老師常喜歡的解釋,也是非常錯誤和民科的解釋。

舉個例子,要讓一個質點跟蹤一個參考的位移 r(t),那麼即使某個時刻t沒有跟蹤誤差,也需要加上一個作用力F_fw(t)=d^2/dt^2 r(t)*m 以保持加速度的一致, 這個F_fw就叫做前饋。


額其實前饋還是非常非常非常常見的,甚至比負反饋重要

人類的控制基本上都是基於經驗的前饋而不是負反饋

比如開車踩油門,實際上你肯定知道你家車多少油對應多少速度,這部分踩下去是前饋。剩下一小部分不確定靠感覺修正,這是負反饋。

再比如打羽毛球,這就是完全的前饋了


小腦就負責前饋控制。人不停的在預測因為自身運動而改變的感官輸入,比如自己撓自己不癢。


最簡單的理解前饋是基於模型的開環控制律,如果模型已知前饋控制律可以直接根據模型算出來,模型未知時可以實測輸入輸出數據,然後通過擬合的方法得出前饋控制律。由於前饋無需反饋信息,所以可以大大提高系統帶寬,另外也可使反饋控制增益大大減小。


表白前照一下鏡子,還是放棄了


別的生產我不知道,但是在電廠里的自動控制前饋是必不可少的,他能快速的響應系統需要,例如汽包水位,協調里的主蒸汽壓力,各種,只要考慮到對這個系統有影響的干擾都要考慮進去,往往很多干擾就用前饋來做!


駕校的教練在上路教學時段教剎車時會說,好的制動要先狠踩一點,然後慢慢輕柔的後退調整最後停止,這樣會提高乘客的舒適度。

從整個系統的外部視角看,整個剎車過程是包含了各個因素的系統輸入與輸出,比如制動系統,摩擦力和司機判斷。在系統內部看,汽車各個相關剎車的部件的運作,比如某閥門利用感測器判斷限流多少給制動系統,就是前饋控制: 觀察(sensor)-&>採取措施(regulation),"輕柔的後退調整最後停止"就是負反饋介入: 反作用-&>影響系統輸入-&>減小誤差-&>穩定。


在鍋爐汽包水位三衝量控制中有一環蒸汽量擾動前饋的控制可以有效減小虛水位現象。


前饋式主動降噪耳機應該算一個吧。感覺史密斯預估器也有一種前饋的思想,通過並聯一個相反的純滯後環節消除原系統的純滯後。


前饋控制是基於已知被控對象和主要擾動的前提下進行的,根據已知的被控對象和擾動,以及前饋控制器組成的系統,可以解出應該需要什麼樣控制器才能最好的消除擾動,以達到更好的控制效果。

例子一般在化工廠比較多,之前做的實驗是,一個二階流量-溫度控制系統的前饋控制,模型參數都是老師給的,這個是說擾動模型和被控對象的傳函都已知,然後看了一下,的確效果提高了很多,但老師補了一句,說這個不常用,因為不可能每次設計系統之前都要求系統模型,這樣工作量太大,實際中,一般用簡單粗暴pid,調調參,完美收工!

實際中,騎自行車拐彎的時候,當你想要走最短路徑,你可以提前拐一下,拐到對面車道,而不用沿著中線走。就像知道系統會怎麼運行,提前設置控制器,提前消除以後會出現的擾動,所以叫前饋控制。

才疏學淺,說的不對的地方,歡迎大家交流~


Certainly

for example,今天你夜觀天象明天寒潮入侵

without feed-forwardcontrol(前饋控制),第二天,傻傻的你穿個褲衩就跑出去了,結果凍得半死,這是在接觸冷後,一系列feedback(反饋)知道裹衣服了

conversely(with feed-forward control),翌日麻溜添衣加裳,這是在接觸冷前,就已經採取措施了

另,當然(上述)這些都是在機體正常工作的大大前提下展開的,如果你的pathways(通路)受阻,則有可能穿個褲衩也感受不到冷,那麼就容易凍傷等,even can cause death

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偏愛 一詞未必恰當,我只想說negative feedback(負反饋)主要用來maintain homeostasis(穩態)and homeostasis comes FIRST,而在這方面positive feedback(正反饋)也在作用,可以視作一整個negative feedback的一部分,如FOR the generation of nerve signals,etc

Note that

以人為例,縱然你可以說most control systems of the body act by feedback,但是並不能 僅僅 從數量上來說重要不重要,英雄(Warcraft III)還只能召三位來是吧,你要明白,a person"s life depends on ALL of them(自然也包括 前饋)

Not really

前饋也會有 失誤

for instance,看到食物分泌唾液,胃液等,而由於某種原因沒吃到食物,那麼可以說分泌則是一種 失誤(空轉能量等)

Note that

前饋的 預判性 是相對而言的,預判於腦中預判,而不是 神


開車


你推門發現推不動,胖友大喊一聲,我來啦,然後一起推開門了

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不對,這是雙輸入,應該是知道推門大概要多大力,結果你的力量不夠,你一手推門,再加了輔助工具,然後達到目的


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