کنترل کننده پیش خور (Feedforward Controller)، در ریاضیات (Mathematics)
انواع کنترل کننده ها (Controller) را در آموزش زیر شرح دادیم :
کنترل کننده پیش خور (Feedforward Controller) :
کنترل بر اساس اندازه گیری اغتشاش قبل از تأثیر
کنترل کننده پیش خور یا Feedforward Controller یک روش کنترل است که بر اساس اندازه گیری اغتشاشات ورودی (قبل از اینکه روی خروجی تأثیر بگذارند) عمل می کند. این کنترل کننده با پیش بینی اثر اغتشاش، یک اقدام کنترلی جبرانی انجام می دهد تا اثر آن خنثی شود. کنترل پیش خور معمولا با کنترل پسخورد ترکیب می شود تا هم دقت و هم سرعت پاسخ بهبود یابد.
ایده اصلی: اگر اغتشاش d(t) قابل اندازه گیری باشد و مدلی از اثر آن بر خروجی (
\[ G_d(s) \]) و اثر ورودی کنترلی بر خروجی (
\[ G_p(s) \]) داشته باشیم، می توانیم ورودی پیش خور را به صورت
\[ u_{ff} = -\frac{G_d(s)}{G_p(s)} d \]محاسبه کنیم تا اثر اغتشاش خنثی شود.
\[ U_{ff}(s) = - \frac{G_d(s)}{G_p(s)} D(s) \]کاربردها: کنترل سطح مخازن (با اندازه گیری دبی ورودی)، کنترل دما (با اندازه گیری دمای محیط)، کنترل فرآیندهای شیمیایی (با اندازه گیری غلظت خوراک)، کنترل موتور (با اندازه گیری بار)، سیستم های تهویه مطبوع.
✅ مزایا: پاسخ سریع به اغتشاش (قبل از تأثیر)، کاهش بار کنترل پسخورد، بهبود عملکرد کلی، قابلیت جبران اغتشاشات قابل اندازه گیری.
⚠️ معایب: نیاز به مدل دقیق اثر اغتشاش، نیاز به اندازه گیری اغتشاش، نمی تواند اغتشاشات اندازه گیری نشده را جبران کند، حساسیت به خطای مدل.
کنترل پیش خور به تنهایی کافی نیست، زیرا خطاهای مدل و اغتشاشات اندازه گیری نشده را جبران نمی کند. بنابراین معمولا با یک کنترل کننده پسخورد (مثل PID) ترکیب می شود. در این ترکیب، کنترل پیش خور بخش عمده اثر اغتشاش را خنثی می کند و کنترل پسخورد خطای باقی مانده را تصحیح می کند.
مثال: یک مخزن آب که سطح آن باید ثابت بماند. دبی ورودی به مخزن (که اغتشاش اصلی است) قابل اندازه گیری است. یک کنترل کننده پیش خور بر اساس دبی ورودی، شیر خروجی را تنظیم می کند تا اثر تغییر دبی ورودی خنثی شود. همزمان، یک PID سطح، خطای باقی مانده را تصحیح می کند.
در طراحی پیش خور، باید به قابلیت تحقق پذیری (realizability) توجه کرد. اگر
\[ G_p(s) \]درجه بیشتری از
\[ G_d(s) \]داشته باشد، تابع تبدیل پیش خور غیرعلّی (non-causal) می شود و نمی توان آن را پیاده سازی کرد. در این موارد از تقریب ها استفاده می شود.
