フィードバック制御とフィードフォワード制御の違い

制御システムは、変化を検出するセンサーを使用して、環境のダイナミクスに自動的に反応できます。 制御システムのフィードバックとフィードフォワードは、システムの変化に対応するための異なるスキームです。 各スキームは、センサーを利用して重要な要素を測定し、一連のルールを使用してそれらの要素の変化に対応します。 フィードバックとフィードフォワード制御は同じシステムに共存できますが、2つのスキームは非常に異なる方法で機能します。

フィードバックシステムは変数を測定し、その変数の変化に反応します。 たとえば、家庭用サーモスタットは、家庭内の周囲温度を測定します。 温度が最低設定値を下回ると、サーモスタットが炉を作動させて家を適切な温度に戻します。 サーモスタットは温度を測定しますが、その値を制御スキームにフィードバックして温度を維持します。 「フィードバック」という用語の由来はここにあります。

フィードフォワードシステムは、一次変数に加えて、いくつかの二次変数を測定する場合があります。 たとえば、フィードフォワードサーモスタットは、内部温度だけでなく外部温度も測定する場合があります。 ドアや窓が開いているなど、温度に影響を与える状態を感知する場合があります。 システムが外が寒いと感じて誰かが窓を開けると、フィードフォワードシステムが積極的に炉をオンにして、家の中の温度が下がらないようにします。

サーモスタットで温度が変化するのを待つ代わりに、フィードフォワード制御は温度の低下を予測し、システムは熱損失を打ち消そうとします。 フィードフォワードシステムの別の例は、温度が上昇し始める前に熱を放散するために激しいグラフィックスアクティビティに応答してファン速度を上げるビデオカードです。

フィードバックベースの制御システムには、シンプルであるという利点があります。 システムは変数を測定し、変数の状態を使用して決定を下します。 測定された変数に変更がない限り、修正措置は行われません。 デバイスがオフラインであるなどの理由で変数を測定できない場合、フィードバック制御が機能しなくなる可能性があります。

一方、フィードフォワードシステムは、変数の変化を予測できます。 それらは、反応的ではなく積極的に機能します。 システムが測定する二次的要因が多ければ多いほど、これらの変更に対してより正確に機能することができます。

フィードバックシステムはやや不正確になる可能性があります。 サーモスタットはおおよその温度を維持するのに適していますが、実際の周囲温度は、サーモスタットの信号に応じて炉のオンとオフが切り替わるときに変動します。 窓やドアが開いたままになっているなどの予期しない変数により、システムが追いつくのが困難になる可能性があります。

同様に、フィードフォワードシステムは、システムに提供される情報と同じくらい優れています。 効果的に機能するには、測定された変数が予想される変化にどのように反応するかを説明するプロセスモデルのモデルが必要です。 フィードフォワード制御は、決定を行うときに測定されていない変数を考慮することはできません。 これらの死角により、制御が機能しなくなる可能性があります。 多くの制御システム設計は、フィードフォワードロジックとフィードバック制御を組み合わせて、意思決定のバックアップスキームを提供します。