Was ' ist der Unterschied zwischen Rückkopplung und Vorsteuerung?

In den einfachen Modellen und Blockdiagrammen von Steuerungssystemen, die Sie in grundlegenden Lehrbüchern finden, zeigen sie Ihnen ein einzelnes Diagramm mit einem Feedback-Abschnitt, der Messungen des Zielparameters verwendet, und einem Feedforward-Abschnitt, der nicht verwendet wird das Zielparemeter.

Seien Sie bereit, diese Definition zu lockern, wenn Sie in die reale Welt gelangen.

Behandeln Sie es als Terminologie, mit der Sie über eine Teilmenge eines Steuerungssystems und nicht über ein mathematisches Absolut sprechen können.

Bei der einfachen Steuerung ist der Feedback-Teil Ihres Steuerungssystems derjenige, der Messungen des Parameters verwendet, den Sie in seinen Berechnungen steuern möchten.

Vergessen Sie jedoch nicht, dass wir ihn verwenden Der Begriff für Systeme im Allgemeinen. Ein Mikrofon, das auf einen Lautsprecher gerichtet ist, bewirkt, dass sich das System auf vorhersehbare Weise entwickelt, und wir sagen, dass Feedback das laute Rauschen verursacht.

Wenn wir also über Feedback sprechen, sprechen wir über Wie eine Eigenschaft eines Systems die Entwicklung dieses Systems beeinflusst.

Wenn wir über den Rückkopplungsteil eines bestimmten Steuerungssystems sprechen, konzentrieren wir das Gespräch auf den Zielparameter, den wir messen und zu steuern versuchen.

Die Feedforward-Steuerung hat nichts damit zu tun. Zumindest ist dies der beste Weg, um mit der Diskussion zu beginnen. Bei der Vorwärtssteuerung erstellen wir ein Modell des Systems und verwenden dieses, um den Zielparameter auf das zu ändern, was wir wollen. Wenn wir ein perfektes Modell des Systems haben, wissen wir genau, welche Eingaben für die Betätigung wir benötigen, um den Zielparameter zu ändern. Es ist nicht erforderlich, den Zielparameter zu messen. In der einfachen Theorie ist die Vorsteuerung also eine Steuerung, bei der keine Messungen des Zielparameters verwendet werden müssen.

Aber dann wird es schwierig. Gute Modelle zu erstellen ist schwierig und wir verwenden häufig eine Art Lernen oder Systemidentifikation, um das Modell zu erstellen und das Modell zu aktualisieren, wenn sich die Dinge ändern. Dabei werden Messungen des Zielparameters verwendet. Ist es eine Rückkopplung? Ja. Nennen wir diese Rückkopplungssteuerung? Nein.

Zusätzliche Störungen sind immer schwer vorherzusagen, und wenn wir einige oder alle messen können, können wir das Modell für die Vorwärtsregelung verbessern. Sind diese Messungen Rückkopplungen? Ja. Nennen wir diese Rückkopplungsregelung? Nein.

Hoffentlich gibt Ihnen das etwas mehr Verständnis. Ich kenne Astroms & Murrays Buch nicht, aber ich kann auf Google sehen, dass dieses Zitat aus dem Einführungskapitel stammt Erwarten Sie, dass Sie später ein differenzierteres Verständnis von Feedback und Feedforward erhalten.

Es ist fraglich, was als reaktiv bezeichnet wird und was nicht … was jedoch von Sensoren gemessen wird und welche Informationen die Steuerung besitzt, ist nicht streitig.

Bei der Rückkopplungsregelung werden die Ausgänge des Systems gemessen, und wenn sie nicht mit dem gewünschten Ausgang (Referenz) übereinstimmen, wird der gesteuerte Parameter neu berechnet. Wenn sich der Eingang nicht ändert, sind diese Unterschiede normalerweise auf Störungen zurückzuführen. Die Steuerung hat eine Rückmeldung vom Systemausgang, die quantifiziert, „wie weit“ sie vom gewünschten Zustand entfernt ist, unabhängig davon, was diesen Unterschied verursacht.

Bei der Vorwärtsregelung werden die Störungen gemessen und der Parameter gesteuert wird basierend auf einem mathematischen (oder logischen) Modell berechnet. Es gibt keine Rückmeldung, um festzustellen, ob sich das System wirklich im gewünschten Zustand befindet oder wie weit es vom gewünschten Zustand entfernt ist. Wenn nicht gemessene Störungen das System verursachen Wenn sich die Ausgänge von den gewünschten unterscheiden, reagiert der Controller nicht.

Um es mit „reaktiv“ zu formulieren, würde ich sagen, dass die Rückkopplungssteuerung reaktiv ist, da sie auf Änderungen in der Systemausgabe reagiert, während Feedforward proaktiv ist, da sie vor der Änderung der Systemausgabe wirkt. Der wichtige Faktor in der Steuerungstheorie ist die Ausgabe des gesteuerten Systems; Das ist wahrscheinlich der Grund, warum reaktiv unter dem Gesichtspunkt der Änderung der Systemausgabe definiert wird.

Feedforward reagiert auch auf etwas, aber dieses Etwas ist nicht die Systemausgabe, also unter dem Gesichtspunkt von Ansicht der Systemausgabe ist nicht reaktiv. Bei der Vorwärtsregelung kann sich die Systemausgabe ohne Reaktion der Steuerung ändern, während bei der Rückkopplungssteuerung jede Änderung der Systemausgabe eine Reaktion der Steuerung hervorruft. Da der wichtige Aspekt der Ausgang des Systems ist und die Vorwärtsregelung nicht auf Änderungen des Ausgangs reagiert, kann dies als nicht reaktive Steuermethode angesehen werden.

Abbildung aus Wikipedia , (a) offene Schleife, (b) Feedforward, (c) Feedback

Kommentare

• Bei der Vorwärtssteuerung wird also davon ausgegangen, dass Störungen unabhängig von ihren erkannt werden können Auswirkungen auf das System, während die Rückkopplungssteuerung davon ausgeht, dass Störungen erst erkannt werden können, nachdem sie das System beeinflusst haben?
• Eine Vorwärtsregelung wird eher verwendet, wenn die (wichtigsten) Störungen erkannt werden können und ein Modell vorhanden sein kann Aufbau mit der gewünschten Präzision, und wenn nicht, wird eine Rückkopplungssteuerung verwendet. Es werden auch Kombinationen von Rückkopplung und Vorwärtskopplung geübt. Der Vorwärtskopplungswert “ hilft “ das Feedback c ontroller, um besser zu reagieren.

Ich argumentiere Dies liegt daran, dass die Vorwärtsregelung immer noch Sensorwerte verwendet, um ein Steuersignal zu erzeugen.

Für eine theoretische Diskussion ist Ihre Annahme falsch. Eine Vorwärtsregelungslogik muss nicht vom Sensorwert abhängen. Vielmehr kommt es auf den gewünschten Wert an. Zum Beispiel, wenn wir eine einfache Stange haben, die wie ein einfaches Pendel mit einer Torsionsfeder am Drehpunkt aufgehängt ist. Nehmen wir an, wir betreiben diese Stange mit einem Motor am Drehpunkt. Wenn wir einen 30-Grad-Wunschwinkel angeben, sendet die Vorwärtskopplungslogik dementsprechend die Pflicht, die um 30 Grad gedrehte Torsionsfeder auszugleichen. Die Rückkopplungslogik kümmert sich darum Das reale Szenario des Luftwiderstands.

Stellen Sie sich Ihren Controller mit mehreren Komponenten vor:

ein (mathematisches) Modell des Systems,

ein Messsubsystem zum Erkennen von Fehlern,

eine Methode zur Eingabe von Befehlen in das System.

Der Rückkopplungsregler Verwendet die gemessenen Fehler, berechnet Änderungen an den Eingaben, um diese Fehler zu unterdrücken, und sendet diese Eingaben an das System. Die Idee ist, dass die gesamte Dynamik, die ein System beeinflusst, nicht im Voraus bekannt ist – Reibungswerte ändern sich, Störungen sind Die auftretenden Nutzlasten sind nicht konstant usw. Wir messen den Fehler und beseitigen ihn.

Der Feedforward-Controller umschließt normalerweise den Feedback-Controller. Obwohl es viele Typen gibt, schätzen sie alle im Allgemeinen, wie das System auf die oben berechneten geänderten Eingaben reagiert. Anschließend „stupsen“ sie die Eingaben weiter an, um die vorhergesagten zusätzlichen Fehler zu berücksichtigen, um das Auftreten dieser modellierten Fehler zu verhindern. Ein gutes Beispiel ist, wenn das System weiß, dass sich die Nutzlast ändert, wenn ein Gerät etwas aufnimmt. Der Strom zu den Motoren kann erhöht werden, um das zusätzliche Drehmoment zu berücksichtigen, das erforderlich ist, ohne darauf zu warten, dass sich das System (zu langsam) bewegt und die Fehler erkennt auftreten.

Controller reagieren immer auf etwas, sodass Sie „richtig denken, dass“ reaktiv sein „nicht ist der Unterschied zwischen den beiden. Der Schlüssel ist, worauf die Steuerungen reagieren.

Bei der Rückkopplungssteuerung minimiert die Steuerung ein Fehlersignal. Ein System mit Rückkopplungssteuerung hätte:

• einen Sensor zum Messen der Systemleistung
• Ein Referenzsignal, mit dem die Systemleistung verglichen wird
• A. Regler, der die Differenz zwischen der Referenz und der Messung bearbeitet (dh auf diese reagiert)

Diese Art von Steuerschema wird auch als „Regelung“ bezeichnet.

Bei der Vorwärtsregelung handelt die Steuerung ohne direkte Kenntnis der Systemreaktion. Sie reagiert möglicherweise auf ein Referenzsignal oder eine Ausgabe von einem Sensor (solange der Sensor die Systemleistung nicht misst – dies würde der Fall sein Erstellen Sie eine Rückkopplungsschleife) oder beides. Dies wird auch als „Steuerung mit offenem Regelkreis“ bezeichnet.

Dies ist mehr als ein semantischer Unterschied. Nur eine Steuerung mit geschlossenem Regelkreis kann unbekannte Parameter kompensieren und modellieren Fehler usw.

In Ihrer Frage beziehen Sie sich auf eine Situation, in der die Vorwärtskopplung als Mittel zur Erzielung einer Störungsunterdrückung verwendet wird. Die Idee wäre, dass Sie die Störungseingabe messen, die Reaktion des Systems aufgrund dieser Eingabe modellieren, die erforderliche Steuereingabe berechnen, um dieser Reaktion entgegenzuwirken, und dann diese Steuereingabe anwenden. Da Ihr Steuersignal (Reglerausgang) unabhängig von der Systemreaktion ist, handelt es sich um eine Regelung.

Es ist nicht ungewöhnlich, dass Regler sowohl mit Rückkopplungs- als auch mit Vorwärtskopplungskomponenten ausgelegt sind. In diesem Fall stelle ich mir normalerweise die Rückkopplungskomponente als primären Pfad und die Vorwärtskopplungskomponente als Ergänzung vor, um die Leistung auf irgendeine Weise zu verbessern.

Beispielsweise kann bei der Bewegungssteuerung ein Motor hergestellt werden Verfolgen einer Geschwindigkeitsreferenz mithilfe eines PID-Reglers, der den Geschwindigkeitsfehler bearbeitet. Da der PID-Regler nur mit dem Fehler arbeitet, ohne das Referenzsignal zu kennen, muss ein Fehler vorliegen, bevor der Regler reagiert, sodass es zu einer gewissen Verzögerung kommt. Sie können die Verstärkungen erhöhen, um die Verzögerung zu minimieren. Da reale Systeme jedoch flexibel sind, wird das System irgendwann instabil, wenn die Verstärkungen erhöht werden.

Sie können einen Feed-Forward-Pfad hinzufügen. Dies wirkt sich jedoch auf die Ableitung der Geschwindigkeitsreferenz (also der Beschleunigung) aus. Wenn die Trägheit des Systems konstant ist, kann die Vorwärtsregelung eine einfache proportionale Verstärkung mal dem Beschleunigungssignal sein, was einem zusätzlichen Drehmoment entsprechen würde.

Jetzt erzeugt der Motor ein Drehmoment als Reaktion auf Änderungen in die Geschwindigkeitsreferenz, ohne darauf zu warten, dass das System einen Geschwindigkeitsfehler entwickelt. Da der Rückkopplungsregler ebenfalls vorhanden ist, können Reibungseffekte, Modellierungsfehler (dh wenn die ausgewählte Vorwärtsverstärkung für die Trägheit des Systems nicht genau korrekt ist) usw. kann der Controller den Fehler weiterhin kompensieren und auf Null setzen.

Sr. no Point of Difference Rückkopplungsregelungssystem Vorwärtsregelungssystem:

1. Definition

   • Systeme, bei denen Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, nachdem Störungen den Ausgang beeinträchtigen
   • Systeme, in denen Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, bevor Störungen die Ausgabe beeinflussen

2. Notwendige Anforderung

   • Nicht erforderlich

   • Messbare Störung oder Rauschen

3. Korrekturmaßnahme

   • Korrekturmaßnahmen, die ergriffen werden, nachdem die Störung am Ausgang aufgetreten ist.

   • Korrekturmaßnahmen, die ergriffen wurden, bevor die tatsächliche Störung am Ausgang auftritt.

4. Blockdiagramm

   • Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein.

   • Geben Sie ein Bildbeschreibung hier

5. Anpassung der Steuervariablen

   • Variablen werden abhängig von Fehlern angepasst.
   • Variablen werden basierend auf Vorkenntnissen und Vorhersagen angepasst.

6. Beispiel

   • Verwendung des Rollsensors als Rückkopplungselement im Schiffsstabilisierungssystem.
   • Verwendung des Durchflussmessers als Vorwärtskopplungsblock in Temperaturregelungssystemen.

Kommentare

• Ihrer Antwort scheinen Bilder sowie ein gewisser Kontext zu fehlen.