Feedforwardregelung

Feedforwardregelung, auch als Feedforward-Regelung bezeichnet, ist eine Reglerstrategie in der Regelungstechnik, die versucht, auf bekannte Störungen oder Sollwerte proaktiv zu reagieren. Dabei wird der Stellwert des Aktuators anhand eines Modells des Prozesses und der erwarteten Störung berechnet, noch bevor der Regelgrößenfehler messbar wird. Ziel ist es, den Einfluss der Störung auf die Ausgangsgröße zu minimieren.

Funktionsprinzip: Die Grundidee besteht darin, vorab eine Vorsteuerung zu berechnen, die den erwarteten Einfluss einer Störung oder eines Referenzwecks kompensiert. Dazu verwendet man ein Modell des Prozesses (und ggf. des Störpfads) sowie Messungen oder Schätzungen der Störung. Die Vorsteuerung wird dem eigentlichen Regler hinzugefügt, sodass der Ausgang näher am gewünschten Wert liegt, ohne auf Feedbackrelais angewiesen zu sein. In vielen Anwendungen wird das Feedforward durch eine inverse Modellierung oder durch Kalman-/Schätzverfahren unterstützt.

Zusammenhang mit Feedback: Feedforward ist keine vollständige Lösung für alle Störungen, da sie stark vom Modell und von der Messgenauigkeit abhängt. Unvorhergesehene Störungen oder Modellabweichungen führen zu Restfehlern. Daher wird Feedforward häufig mit einem enthältigen Feedbackregelkreis kombiniert, der verbleibende Fehler korrigiert und Robustheit gegenüber Modellunsicherheiten erhöht.

Anwendungsgebiete: Typische Einsatzbereiche finden sich in der Prozesssteuerung (Chemie, Lebensmittel), Temperatur- und Druckregelungen, Servomechanismen, Robotik sowie in der Regelung elektrischer Antriebe und HVAC-Systemen. Vorteile liegen in schneller Reaktion auf bekannte Störungen und reduzierter Regelabweichung; Nachteile sind der Bedarf an akkuratem Prozessmodell und der Abhängigkeit von Mess- bzw. Schätzwerten.

Design und Auswahl: Die Effektivität hängt von der Qualität des Prozessmodells, der Verfügbarkeit von Stör- oder Referenzmessungen und der Kompatibilität mit bestehenden Reglern ab. Fehler im Modell, Verzögerungen und Nichtlinearitäten setzen Grenzen für die Leistungsfähigkeit der Feedforwardregelung.