閉環(huán)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：通過運動控制器使液壓能的優(yōu)勢得到發(fā)揮來滿足現(xiàn)代機構(gòu)控制更加精確的要求。包含比例，積分，微分(P，I和D)增益參數(shù)的控制環(huán)節(jié)已經(jīng)成為運動控制器的標準功能，并且增加了額外的控制參數(shù)對控制算法進行優(yōu)化。例如，增加了前饋增益來滿足增加的動力系統(tǒng)響應(yīng)，同時減小位置和速度誤差。這會使機器控制性能變的更高，同時由于運行平穩(wěn)，機器壽命也變的更長。
運動控制器采用比例，積分，微分增益的結(jié)合來產(chǎn)生控制信號，以降低目標位置和實際位置的誤差。比例增益(P)與目標位置和實際位置的瞬間誤差進行簡單的相乘，從而成比例的作用于下一時刻的控制信號。誤差越大，產(chǎn)生的控制信號越大。
積分增益(I)與一段時間內(nèi)的位置誤差的總和相乘來對輸出產(chǎn)生積分作用。即使在任何時間段的誤差都很小，誤差的總和會最終增加到一個使誤差降低的臨界點。
微分增益(D)與目標和實際速度的誤差相乘[WHM1]
。微分增益對輸出控制信號的作用與目標和實際位置偏差的發(fā)散和收斂速率成正比。為簡單起見，我們通過采用一個具有足夠的阻尼因子的系統(tǒng)，忽略微分增益。
只使用PID控制的一個局限在于，比例環(huán)節(jié)需要一個誤差來產(chǎn)生控制輸出，積分環(huán)節(jié)則需要誤差和時間。用于控制電液閥的輸出信號總是與負載的目標位置和實際位置的誤差相關(guān)。在很多情況下，如果僅僅使用比例增益，誤差需要足夠大才能產(chǎn)生理想的控制信號。增加一個積分環(huán)節(jié)會通過誤差的積累，使輸出的控制信號增大，但是積分環(huán)節(jié)使輸出信號增加需要時間。
通常，點對點動作發(fā)生的很快，因為積分器沒有充足的時間進行誤差積累，所以在這里很少用到積分器。即使積分器積累了誤差，在誤差減小時也很可能會造成位置控制的超調(diào)。
當目標位置與實際位置之間的誤差信號改變時，積分器誤差積累減小。這種現(xiàn)象只有當實際位置超調(diào)于目標位置一定量時才會發(fā)生，通常在動作控制系統(tǒng)中我們并不希望這種現(xiàn)象發(fā)生。運動控制器可以減少前反饋控制環(huán)的元件數(shù)，從而降低積分器在動作中的使用頻率。
前反饋使用運動控制器的目標或動作曲線生成器的信息。通常，高性能控制器的控制原則是：運動控制器生成目標運動曲線，之后由控制回路控制實際運動跟隨目標運動曲線(就像在驢子面前栓一根蘿卜來引導(dǎo)它前進)。
目標動作在一段時間后就會刷新，可能每毫秒都會刷新一次。在每次PID控制器刷新前，目標生成器會計算動作預(yù)期的位置、速度和加速度等參數(shù)。因為運動控制器“知道”目標速度和加速度，所以它不需要等待PID控制響應(yīng)目標位置與實際位置的誤差，就可以直接輸出達到滿足速度和加速度要求的控制信號。
輸出信號的強度由前反饋增益決定，前反饋增益是一個預(yù)測的參數(shù)。PID增益是與反饋誤差相乘，與其不同的是，前反饋增益是預(yù)測的增益，其參數(shù)與目標速度和加速度分別相乘后再相加，通過相加后的和產(chǎn)生控制信號。如圖1所示。前反饋對輸出電流的控制基于一個簡單的公式，
前反饋輸出組成 = Kv × 目標速度 + Ka × 目標加速度
其中，Kv表示速度前反饋;
Ka表示加速度前反饋。
值得注意的是，運動控制可以通過不同的方式實現(xiàn)。如圖1所示，很多因素共同作用決定控制電流的大小。輸出電流可以由PID控制的負反饋處獲得，可以由正反饋的計算中獲得，也可由兩者組合獲得。不過，在相同條件下獲得的控制電流都能達到相同的速度。系統(tǒng)并不在乎控制電流是從前反饋中得到的還是在PID控制中得到的。我們可以在圖2a，2b，2c中觀察到上述現(xiàn)象。
如果系統(tǒng)沒有高速運動，為什么不僅僅提高PID增益呢?因為為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，用于計算的反饋增益不能過大。通常，在不引起震蕩和失穩(wěn)的條件下，增大負反饋增益以達到減小誤差的要求。從前反饋中獲得控制信號的好處在于，前反饋并不像PID控制那樣，依靠誤差信號生成控制信號。
設(shè)計一個穩(wěn)定和便于調(diào)試的系統(tǒng)的關(guān)鍵在于，盡可能多的利用前反饋獲得控制信號，并盡可能減少使用PID控制獲得控制信號。這樣結(jié)果的誤差就會達到最小。
設(shè)計者要利用PID單元，去補償系統(tǒng)的環(huán)境因素(如溫度和濕度)和系統(tǒng)響應(yīng)中會隨時間改變的非線性部分(如系統(tǒng)的變化載荷)，這些參數(shù)在前反饋中無法進行估值的。
圖2a.通過RMCTools軟件得到的實際和理想運動曲線。在這里只使用了比例增益環(huán)節(jié)。實際速度和位置與期望速度和位置的差別很大。實際位置曲線(紅色)和目標位置曲線(青色)間的區(qū)域是產(chǎn)生比例增益所必需的誤差，這個誤差可以通過增加前饋環(huán)節(jié)來消除。
圖2b.在圖2a的系統(tǒng)中加入了速度前反饋。由于運動速度恒定，位置誤差(紅色和藍色曲線之間的區(qū)域)已經(jīng)被減小了很多，但是，在加速和減速的過程中，仍然存在位置誤差(見卵形曲線內(nèi)的部分)。
圖2c.圖中運動曲線是在與圖2a和2b同樣的系統(tǒng)中，同時加入速度和加速度前反饋后得到的。實際的位置曲線與理想曲線很好的吻合。這是一個最佳的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
速度前反饋系統(tǒng)的動作
運動控制器使用速度前反饋增益，計算出使執(zhí)行元件以給定速度動作的控制電流。
通過控制伺服閥，系統(tǒng)使液壓缸的一端通液壓油，一端排出液壓油，從而驅(qū)動液壓缸動作。為了使液壓缸以給定速度運動，系統(tǒng)需要控制液壓油的流量，并確保作用在活塞上的凈力與負載的牽引力和液壓缸的摩擦力的和相等。
我們能憑經(jīng)驗估算出各速度下的控制電流強度。這部分會由速度前反饋單元自動完成。如圖2b，引入速度前反饋增益后系統(tǒng)的位置精度更高了。
舉例說明，我們給閥輸入控制信號最大強度的10%的控制信號，并測量執(zhí)行元件的速度。如果此時執(zhí)行元件運動速度為1英尺每秒的話，那么我們就可以估算出在控制信號為最大信號30%的時候，執(zhí)行元件的速度大概為3英尺每秒。換句話說，系統(tǒng)的開環(huán)增益是使系統(tǒng)在10%控制電流下以每秒1英尺運動。
前反饋增益的設(shè)置方式應(yīng)該與系統(tǒng)開環(huán)增益相反，所以系統(tǒng)的前反饋為每1英尺每秒的速度對應(yīng)于10%的控制電流。運動控制器會在給定新的目標速度后利用前反饋計算出控制電流。
速度前反饋調(diào)節(jié)
如上文所述，我們經(jīng)常依靠觀察系統(tǒng)開環(huán)動作來決定速度前反饋的增益。不過，在一些執(zhí)行元件和應(yīng)用中，我們需要做更多的工作。
比如說單桿活塞缸就必須在伸出方向和縮回方向上分別調(diào)試。因為活塞桿兩側(cè)作用面積不同，在系統(tǒng)的伸出和縮回階段需要設(shè)置不同的PID控制和前反饋增益。通過計算伸出和縮回的速度比，就可以確定伸出和縮回時的增益比率。
這也就是說，我們可以通過先給系統(tǒng)輸入+10%的控制電流，然后輸入-10%的控制電流，觀察單桿活塞缸在不同方向上的運動速度，來確定前反饋增益比。即使執(zhí)行元件是對稱的，系統(tǒng)仍然存在非線性環(huán)節(jié)。比如懸掛重物時，重力會促使執(zhí)行器向下運動而阻礙執(zhí)行器向上動作。
理想狀態(tài)下，系統(tǒng)可以完全使用前反饋增益工作。但實際上，負載會變化而且系統(tǒng)中存在非線性部分，運動控制器會通過PID增益輔助前反饋功能。如果系統(tǒng)負載更大，要求用32%的控制電流代替之前的30%控制電流工作?？刂骗h(huán)中的PID元件可以提供2%的控制電流增益。速度前反饋提供的30%控制電流提供主要動力。