在過程控制的反饋系統中，如果純滯后時間或增益發生較大隨機變化，那么在試圖減少偏差時，反饋作用將失效。此時過程變量遠離其操作范圍反饋控制器幾乎不可能對設定值進行準確快速的跟蹤。其結果是，該過程的波動變得不可接受。
前饋控制用于在這些干擾有機會進入系統并擾亂過程變量之前檢測并糾正這些干擾。必須記住，前饋控制不考慮過程變量。它對已知過程干擾的感知或測量做出反應，使其成為補償和協調控制，以使干擾和控制的影響互相抵消。基于圖1所示不變性原理的前饋控制的理想控制器形式會非常復雜，往往和干擾通道和控制通道的動態特性相關。在實際使用中，為了簡化和增強魯棒性，常采用最簡單的靜態前饋形式。
圖1 前饋的不變性原理
前饋主要用于防止偏差(過程干擾)進入或干擾過程系統內的控制回路。反饋用于糾正閉環控制系統中檢測到的由各種過程干擾引起的所有偏差。
手動前饋控制與串級控制一樣，前饋控制在項目管理或者社會管理工作中也有類比。如果主管是部門的負責人，向下屬發出指令以完成重要任務，那么前饋系統就是當有人通知主管即將影響部門的重要變化時，主管可以采取先發制人的措施，在完全感受到其影響之前更好地管理這種變化。如果這些預測信息是準確的，并且主管的響應是適當的，那么變化的任何負面影響將被最小化到不需要被動調整的程度。換句話說，前饋控制行動將可能發生的危機轉化為微不足道的小事件。
1、手動前饋控制
前饋控制與反饋控制是完全不同的概念。前饋控制屬于開環控制，而反饋控制屬于閉環控制。手動前饋控制如圖2所示。干擾進入過程后，操作員會對其進行檢測和測量。然后，操作員根據對過程的了解，改變操縱變量，使干擾對系統的影響降至最低。前饋控制和反饋控制是人員干預系統的兩個主要控制模式，如果決策是基于干擾做出的屬于前饋控制，如果決策是基于過程變量或偏差做出的則屬于反饋控制。
圖2 手動前饋控制
這種形式的前饋控制在很大程度上依賴于操作員對過程動態的了解。如果操作員出錯或無法預測干擾，則過程變量將偏離其設定值。如果前饋控制是唯一的控制，則將存在未修正的偏差，所以在實際情況中大多都是基于偏差的反饋控制和基于干擾補償的前饋控制聯合使用。
2、自動前饋控制
自動前饋控制檢測并測量即將進入過程的干擾，然后前饋控制器根據這些干擾對過程變量的影響，改變PID控制器輸出。
前饋控制雖然是一個非常吸引人的概念，但是前饋控制必須考慮干擾對過程變量的所有確切影響。前饋控制對系統設計者和操作員都提出了很高的要求，要從數學上分析和理解擾動對相關過程的影響。因此，前饋控制通常只適用于更重要、更關鍵的控制回路。
單獨的前饋控制很少使用。更常見的是，前饋控制嵌入反饋控制回路中，通過最小化主要過程干擾的影響來顯著改進控制性能，再通過反饋消除其他干擾造成的穩態偏差。重要的是要記住，前饋控制主要是為了減少或消除過程反應時間和任何可測過程變量變化的影響。
前饋控制器可能只需要執行簡單(開-關)控制，也可能需要高階數學計算。由于前饋控制器的要求差異很大，因此可以將其視為功能控制塊。前饋控制的范圍從簡單的開關控制到超前/滯后(微分和積分函數)和計時塊。前饋的工作范圍幾乎是無限的，因為大多數系統允許前饋控制作為基于軟件的數學函數進行“編程”。前饋的成功則取決于對擾動的性質和幅度要有精確理解和測量，否則可能弄巧成拙。
動態前饋需要根據過程干擾通道和控制通道的動態特性加以確定，其結構往往比較復雜，而且嚴重依賴于模型參數的準確性。而靜態前饋是指前饋控制為靜態特性，是由干擾通道的增益和控制通道的增益的比值決定的。靜態前饋的作用是使前饋干擾對過程變量的穩態影響被基本抵消，而不考慮其動態特性，將擾動的動態特性交給PID反饋控制處理，這是因為靜態前饋已經把前饋的大部分效果都實現了。動態前饋既復雜又不可靠，在實際應用中較少使用。當過程干擾通道和控制通道的動態特性比較接近時可以直接使用靜態前饋，這也是實際過程中使用前饋控制的大部分場合。
