Qual é a ' s a diferença entre feedback e controle feedforward?

Nos modelos simples e diagramas de blocos de sistemas de controle que você encontrará em livros básicos, eles mostrarão um único diagrama com uma seção de feedback que usa medidas do parâmetro de destino e uma seção de feedforward que não usa o parâmetro de destino.

Esteja pronto para relaxar essa definição quando chegar ao mundo real.

Trate-a como uma terminologia que o ajuda a falar sobre um subconjunto de um sistema de controle em vez de um absoluto matemático.

No controle simples, a parte de feedback do seu sistema de controle é aquela que usa medidas do parâmetro que você está tentando controlar em seus cálculos.

Mas não se esqueça de que usamos o termo para sistemas em geral. Um microfone apontado para um alto-falante faz com que o sistema evolua de uma forma previsível e dizemos que o feedback está causando um ruído alto.

Então, quando falamos sobre feedback, estamos falando como algumas características de um sistema influenciam a evolução desse sistema.

Quando falamos sobre a parte de feedback de um sistema de controle específico, estamos focando a conversa no parâmetro alvo que estamos medindo e tentando controlar.

O controle de feedforward não está relacionado. Pelo menos essa é a melhor maneira de começar a discuti-lo. No controle de feedforward, estamos criando algum modelo do sistema e usando isso para alterar o parâmetro de destino para o que queremos. Se tivermos um modelo perfeito do sistema, saberemos exatamente quais entradas para a atuação precisamos para alterar o parâmetro de destino. Não há necessidade de medir o parâmetro de destino. Portanto, na teoria simples, o controle de feedforward é o controle que não precisa usar medições do parâmetro de destino.

Mas então as coisas ficam complicadas. Criar bons modelos é difícil e frequentemente usamos algum tipo de aprendizagem ou identificação do sistema para criar o modelo e atualizá-lo conforme as coisas mudam. Isso usará medidas do parâmetro de destino. É feedback? Sim. Chamamos isso de controle de feedback? Não.

Além disso, os distúrbios são sempre difíceis de prever e se pudermos medir alguns ou todos eles, podemos melhorar o modelo para controle de feedforward. Essas medições são feedback? Sim. Chamamos isso de controle de feedback? Não.

Espero que isso lhe dê um pouco mais de compreensão. Não conheço o livro de Astrom & Murray, mas posso ver no Google que essa citação vem do capítulo de introdução. esperamos que eles lhe forneçam uma compreensão mais diferenciada do feedback e do feedforward posteriormente.

É discutível o que é chamado de reativo e o que não é … no entanto, o que é medido por sensores e quais informações o controlador possui não é discutível.

No controle de feedback, as saídas do sistema são medidas e se não corresponderem à saída desejada (referência), o parâmetro controlado é recalculado. Se a entrada não mudar, essas diferenças geralmente vêm de distúrbios. O controlador tem um feedback da saída do sistema que quantifica “a que distância” ele está do estado desejado, independentemente do que causa essa diferença.

No controle feedforward, as perturbações são medidas e o parâmetro controlado é calculado com base em algum modelo matemático (ou lógico). Não há feedback para ver se o sistema está realmente no estado desejado ou “a que distância” ele está do estado desejado. Se perturbações não medidas causam o sistema saídas diferentes da desejada, o controlador não reagirá.

Portanto, para formulá-lo como “reativo”, eu diria que o controle de feedback é reativo, pois reage às mudanças na saída do sistema, enquanto o feedforward é proativo, pois atua antes da mudança de saída do sistema. O fator importante na teoria de controle é a saída do sistema controlado; é provavelmente por isso que reativo é definido do ponto de vista da mudança na saída do sistema.

O feedforward também reage a algo, mas esse algo não é a saída do sistema, então do ponto de vista da saída do sistema não é reativa. No controle feedforward, a saída do sistema pode mudar sem qualquer reação do controlador, enquanto no controle de feedback, qualquer mudança na saída do sistema irá provocar uma reação do controlador. Visto que o aspecto importante é a saída do sistema e o controlador feedforward não reage às mudanças na saída, pode ser considerado um método de controle não reativo.

Ilustração de Wikipedia , (a) loop aberto, (b) feedforward, (c) feedback

Comentários

• Portanto, o controle feedforward assume que os distúrbios podem ser detectados independentemente de seus efeitos no sistema, enquanto o controle de feedback assume que os distúrbios só podem ser detectados após terem afetado o sistema?
• Mais como o controle feedforward é usado quando os (mais importantes) distúrbios podem ser detectados e um modelo pode ser acumule com a precisão desejada, e o controle de feedback é usado quando não. Combinações de feedback e feedforward também são praticadas. O valor feedforward ” ajuda ” o feedback c ontroller para reagir melhor.

Eu defendo isso porque o controle feedforward ainda usa valores de sensor para produzir um sinal de controle

Para uma discussão teórica, sua suposição está errada. Uma lógica de controle feedforward não precisa depender do valor do sensor. Em vez disso, depende do valor desejado. Por exemplo, se tivermos uma haste simples pendurada como um pêndulo simples com uma mola de torção no pivô. Digamos que estejamos operando esta haste com um motor no pivô. Se dermos um ângulo de desejo de 30 graus, a lógica feedforward enviará uma tarefa, de acordo, para equilibrar a mola de torção girada em 30 graus. Já a lógica de feedback tomará cuidado o cenário do mundo real de resistência do ar.

Pense em seu controlador como tendo vários componentes:

um modelo (matemático) do sistema,

um subsistema de medição para detectar erros,

um método para inserir comandos no sistema.

O controlador de feedback usa os erros medidos, calcula as mudanças nas entradas a fim de esmagar esses erros e envia essas entradas para o sistema. A ideia é que toda a dinâmica que afeta um sistema não será conhecida com antecedência – os valores de atrito mudam, os distúrbios são encontrados, as cargas úteis não são constantes, etc. Portanto, medimos o erro e o eliminamos.

O controlador feedforward geralmente envolve o controlador de feedback. Embora existam muitos tipos, todos eles geralmente estimam qual será a resposta do sistema para as entradas alteradas calculadas acima. Eles então “empurram” as entradas para contabilizar os erros adicionais previstos a fim de evitar que esses erros modelados ocorram. Um bom exemplo é quando o sistema sabe que a carga útil muda quando um dispositivo pega algo – a corrente para os motores pode ser aumentada para compensar o torque adicional necessário sem esperar que o sistema comece a se mover (muito lentamente) e ver os erros ocorrer.

Os controladores estão sempre reagindo a algo, então você está correto em pensar que “ser reativo” não é A diferença entre os dois. A chave é a que os controladores estão reagindo.

No controle de feedback, o controlador atua para minimizar um sinal de erro. Um sistema incluindo controle de feedback teria:

• Um sensor para medir a saída do sistema
• Um sinal de referência, com o qual a saída do sistema é comparada
• A controlador que opera na (isto é, “reage a”) a diferença entre a referência e a medição

Este tipo de esquema de controle também é conhecido como “controle de malha fechada”.

No controle de alimentação direta, o controlador atua sem qualquer conhecimento direto da resposta do sistema. Ele pode estar reagindo a um sinal de referência ou saída de um sensor (contanto que o sensor não esteja medindo a saída do sistema – isso iria criar um loop de feedback) ou ambos. Isso também é chamado de “controle de loop aberto”.

Isso é mais do que uma diferença semântica. Somente um controlador de loop fechado tem a capacidade de compensar parâmetros desconhecidos, modelagem erros, etc.

Em sua pergunta, você se refere a uma situação em que o feed forward é usado como um meio de obter rejeição de perturbações. A ideia seria que você meça a entrada de perturbação, modele a resposta do sistema devido a esta entrada, calcule a entrada de controle necessária para neutralizar essa resposta e, em seguida, aplique essa entrada de controle. Como seu sinal de controle (saída do controlador) é independente da resposta do sistema, este é o controle de malha aberta.

Não é incomum que os controladores sejam projetados com componentes de feedback e feed forward. Nesse caso, geralmente penso no componente de feedback como o caminho principal e o componente de feedforward como complementar, para melhorar o desempenho de alguma forma.

Por exemplo, no controle de movimento, um motor pode ser feito para seguir uma referência de velocidade usando um controlador PID que opera no erro de velocidade. Como o controlador PID opera apenas no erro, sem nenhum conhecimento do sinal de referência, deve haver algum erro antes de o controlador responder, então haverá algum atraso. Você pode aumentar os ganhos para minimizar o atraso, mas como os sistemas reais são flexíveis, haverá algum ponto em que o sistema se tornará instável conforme os ganhos aumentam.

Você pode adicionar um caminho de feed forward, no entanto, que opera na derivada da referência de velocidade (portanto, a aceleração). Se a inércia do sistema for constante, o controlador de feedforward pode ser um simples ganho proporcional vezes o sinal de aceleração, o que corresponderia a algum torque adicional.

Agora, o motor irá gerar torque em resposta às mudanças em a referência de velocidade sem esperar que o sistema desenvolva erro de velocidade. Como o controlador de feedback também existe, quaisquer efeitos de atrito, erro de modelagem (ou seja, se o ganho de avanço selecionado não for exatamente correto para a inércia do sistema), etc. , o controlador ainda pode compensar e levar o erro a zero.

Sr. não Sistema de controle de feedback de ponto de diferença Sistema de controle de feed Forward:

1. Definição

   • Sistemas nos quais ações corretivas são tomadas após os distúrbios afetarem a saída
   • Sistemas nos quais ações corretivas são tomadas antes que os distúrbios afetem a saída

2. Requisito necessário

   • Não obrigatório

   • Perturbação mensurável ou ruído

3. Ação corretiva

   • Ação corretiva realizada após a ocorrência do distúrbio na saída.

   • Ação corretiva tomada antes que o distúrbio real ocorra na saída.

4. Diagrama de blocos

   • insira a descrição da imagem aqui

   • insira descrição da imagem aqui

5. Ajuste da variável de controle

   • As variáveis são ajustadas dependendo dos erros.
   • As variáveis são ajustadas com base em conhecimento prévio e previsões.

6. Exemplo

   • Uso de sensor de rotação como elemento de feedback no sistema de estabilização de navio.
   • Uso de medidor de vazão como bloco de feedforward em sistemas de controle de temperatura.

Comentários

• Parece que faltam imagens e algum contexto em sua resposta.