Unterschiede zwischen Feedback-Steuerung und Feed-Forward-Steuerung

Regelsysteme können mit Sensoren, die Veränderungen erkennen, automatisch auf Umgebungsdynamiken reagieren. Feedback und Feedforward in einem Steuerungssystem sind unterschiedliche Schemata zum Reagieren auf Änderungen im System. Jedes Schema verwendet Sensoren, um wichtige Faktoren und eine Reihe von Regeln zu messen, um auf Änderungen dieser Faktoren zu reagieren. Feedback- und Feedforward-Steuerungen können im selben System nebeneinander existieren, aber die beiden Schemata funktionieren auf sehr unterschiedliche Weise.

Ein Feedback-System misst eine Variable und reagiert auf Änderungen dieser Variablen. Ein Hausthermostat misst beispielsweise die Umgebungstemperatur in einem Haus. Wenn die Temperatur unter die Mindesttemperatur fällt, aktiviert der Thermostat den Ofen, um das Haus wieder auf die entsprechende Temperatur zu erwärmen. Der Thermostat misst die Temperatur, speist diesen Wert aber auch wieder in sein Regelschema ein, um die Temperatur zu halten. Daraus leitet sich der Begriff „Feedback“ ab.

Ein Feedforward-System kann neben der primären mehrere sekundäre Variablen messen. Beispielsweise kann ein Feedforward-Thermostat sowohl Außen- als auch Innentemperaturen messen. Es kann Bedingungen erkennen, die die Temperatur beeinflussen, wie zum Beispiel offene Türen und Fenster. Wenn das System erkennt, dass es draußen kalt ist und jemand ein Fenster öffnet, schaltet ein Feedforward-System den Ofen proaktiv ein, um ein Absinken der Temperatur im Haus zu verhindern.

Anstatt darauf zu warten, dass sich die Temperatur am Thermostat ändert, antizipieren Vorwärtsregelungen den Temperaturabfall und das System versucht, dem Wärmeverlust entgegenzuwirken. Ein weiteres Beispiel für ein Feedforward-System ist eine Grafikkarte, die die Lüftergeschwindigkeit als Reaktion auf intensive Grafikaktivität erhöht, um Wärme abzuleiten, bevor die Temperatur zu steigen beginnt.

Rückkopplungsbasierte Regelsysteme haben den Vorteil, dass sie einfach sind. Das System misst eine Variable und verwendet den Zustand der Variablen, um Entscheidungen zu treffen. Es finden keine Korrekturmaßnahmen statt, bis sich die gemessene Variable ändert. Wenn die Variable aus irgendeinem Grund nicht gemessen werden kann, z. B. wenn ein Gerät offline ist, kann die Feedback-Steuerung ausfallen.

Feedforward-Systeme hingegen können Veränderungen der Variablen antizipieren. Sie arbeiten proaktiv statt reaktiv. Je mehr sekundäre Faktoren das System misst, desto genauer kann es diesen Veränderungen entgegenwirken.

Feedback-Systeme können etwas ungenau sein. Ein Thermostat leistet gute Arbeit bei der Aufrechterhaltung der ungefähren Temperaturen, aber die tatsächliche Umgebungstemperatur schwankt, wenn der Ofen als Reaktion auf die Signale des Thermostats ein- und ausschaltet. Unerwartete Variablen, wie ein offen gelassenes Fenster oder eine Tür, können es dem System erschweren, Schritt zu halten.

Ebenso sind Feedforward-Systeme nur so gut wie die Informationen, die dem System gegeben werden. Um effektiv zu arbeiten, ist ein Modell des Prozessmodells erforderlich, das beschreibt, wie Messgrößen auf erwartete Veränderungen reagieren. Feedforward-Steuerungen können bei der Entscheidungsfindung keine ungemessene Variable berücksichtigen. Diese blinden Flecken können dazu führen, dass die Kontrolle zusammenbricht. Viele Steuersystemdesigns koppeln Feedforward-Logik mit Feedback-Steuerungen, um ein Entscheidungsfindungs-Backup-Schema bereitzustellen.