Целью контура сервоуправления является сведение к минимуму ошибок, и это часто достигается за счет использования pid (пропорционально-интегрально-производная) усиления, которые исправляют ошибки между целевым значением и фактическим значением. Но алгоритм PID является реактивным, и для его срабатывания требуется время. Показательный пример: пропорциональный член требует ошибки для генерации выходных данных, а интегральный член требует как ошибки, так и времени. Кроме того, не всегда возможно увеличить коэффициент усиления PID до уровня, который приводит к приемлемой ошибке, не вызывая нестабильности в системе.Одним из решений как реактивной природы ПИД-регуляторов, так и их склонности вызывать колебания на высоких уровнях является использование обратных усилителей.

При ПИД-регулировании пропорциональный член умножается на погрешность между целевым и фактическим значениями в любой момент времени и генерирует пропорциональный вклад в выходные данные на следующий период времени. Следовательно, термин «пропорциональный» полезен только в том случае, если возникла ошибка.

Аналогично, интегральный член умножается на сумму ошибок с течением времени, чтобы получить вклад интегратора в выходные данные. Другими словами, для создания интегральных терминов требуется время, что снижает быстродействие системы.

Вместо того чтобы реагировать, feed-forwardcontrol работает проактивно. Он вводит команду в контур управления на основе прогнозируемой ошибки, не дожидаясь появления ошибки или накопления срока действия интегратора.

Усиление обратной связи является важным инструментом для повышения быстродействия системы, и поскольку оно работает вне цикла обратной связи, оно не вызывает нестабильности. Вместо того, чтобы быть реактивным, как ПИД-регуляторы усиления, прямые усиления являются прогностическими и почти мгновенными, что позволяет быстрее реагировать на командные сигналы. Управление с прямой передачей оценивает идеальный выходной сигнал с помощью ПИД-алгоритма, затем добавляет вспомогательные сигналы в сервоконтур, что позволяет выходному сигналу реагировать гораздо быстрее.

Существует два основных типа переадресации: переадресация по скорости и переадресация по ускорению. Скорость прямой передачи (В_ФФ) сводит к минимуму погрешность на участке перемещения с постоянной скоростью и работает против вязкого трения (трение, пропорциональное скорости).

Ускоренная подача вперед (A_ФФ) сводит к минимуму погрешности при ускорении и замедлении и компенсирует инерцию в системе. (Напомним, что инерция заставляет объект сопротивляться любому изменению скорости).

Целевые значения скорости и ускорения умножаются на значения скорости и ускорения в обратном направлении, чтобы определить общий вклад в контур управления.

В идеальной сервосистеме переменная процесса (измеряемая переменная, такая как скорость или положение) будет равна заданному значению. С модель завода (управляемая система), представленная функцией Gp(s), прямое управление может быть математически описано как:

SP(s) * FF(s) * Gp(s) = PV(s)

SP(s) = заданное значение

FF(s) = прямая трансляция

Gp(s) = модель установки

PV(s) = переменная процесса

Коэффициент полезного действия обратной связи равен функции установки, что делает FF(s) * Gp(s) = 1, поэтому уравнение сводится к:

SP(s) = PV(s)

Другими словами, переменная процесса равна заданному значению, и ошибки нет.

Динамические приложения требуют быстрого реагирования, чтобы избежать перегрузки и длительного времени настройки. Но способность увеличивать коэффициенты усиления PID ограничена их склонностью вызывать нестабильность. Усиление с обратной связью улучшает отклик системы, предсказывая необходимые команды для достижения нулевой ошибки, вместо того чтобы ждать, пока усиление PID отреагирует на прошлую ошибку. Это позволяет коэффициенту усиления PID компенсировать эффекты, которые невозможно предсказать, такие как изменение нагрузок или усилий.