선행제어(Feedforward Control)의 개념을 Block Diagram으로 동작원리와 적용 사례를 설명한다.

필기에서는 Feedback Control을 Setting Point, Disturbance, Noise의 영향을 출력과 비교하여 제어하는 방식으로 정리한다.

Disturbance가 증가하거나 Setting Point가 변화하면 Feedback Control은 출력변화를 확인한 후 제어동작을 수행한다.

Feedforward Control은 disturbance를 직접 측정하고, 그 영향이 출력에 나타나기 전에 제어입력을 미리 보정한다.

                          D(s)
                           │
                           ├───────────────┐
                           │               │
                           ▼               ▼
                      [ Gff(s) ]        [ GD(s) ]
                           │               │
                           ▼               │
R(s) ─────► (+)Σ ───► [ Controller ] ─► (+)Σ ───► [ GP(s) ] ───► Y(s)
             ▲  -                        ▲                         │
             │                           │                         │
             │                           └─────────────────────────┘
             │
             └──────────────[ H(s) ]◄─────────────────────────────
    

필기에서는 disturbance D(s)가 두 경로로 전달되는 구조를 나타낸다.

1. Disturbance가 공정에 직접 영향을 주는 경로
2. Disturbance를 측정하여 Feedforward Controller를 통해 미리 보상하는 경로

필기에서는 disturbance에 의해 출력에 나타나는 두 경로를 다음과 같이 정리한다.

즉 disturbance의 영향을 완전히 제거하려면

이므로

따라서 Feedforward Controller는

필기에서는 Feedforward Control의 적용 조건을 다음과 같이 정리한다.

1. Disturbance를 측정할 수 있어야 한다.
2. G_P(s)를 계산하거나 모델링할 수 있어야 한다.
3. G_D(s)/G_P(s)가 물리적으로 구현 가능한 형태이어야 한다.

1. 보일러의 연료 제어
2. 비행기의 고도 조절
3. 자동차의 Cruise Control
   필기에는 언덕 등 외란 변화에 대한 보상 사례로 기록되어 있다.

                    Outer Controller
      R(s) ──► (+)Σ ──► [ C1 ] ──► R2(s)
                ▲                     │
                │                     ▼
                │                  (+)Σ ──► [ C2 ] ──► [ Plant ] ──► Y(s)
                │                    ▲                         │
                │                    │                         │
                │               Inner Sensor                  │
                │                                              │
                └────────────────── Outer Sensor ◄─────────────┘
    

                           Disturbance D(s)
                             │
                ┌────────────┴────────────┐
                │                         │
                ▼                         ▼
          [ Disturbance               [ GD(s) ]
             Sensor ]                     │
                │                         │
                ▼                         │
           [ Gff(s) ]                     │
                │                         │
                ▼                         ▼
      R(s) ───► (+)Σ ───► [ Controller ] ─► (+)Σ ─► [ GP(s) ] ─► Y(s)
                ▲                                      │
                │                                      │
                └────────────[ H(s) ]◄─────────────────┘