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制御理論において、オープンループコントローラ（非フィードバックコントローラとも呼ばれる）は、制御動作（システムへの「入力」[ 1 ] ）が、制御対象のプロセス変数である「プロセス出力」[ 2 ]とは独立している制御システムの制御ループ部分である。入力コマンドまたはプロセス設定値の目標が達成されたかどうかを判断するためにフィードバックを使用しない。
バルブ、機械、照明、モーター、ヒーターなどのオン/オフ切り替えといった開ループ制御は数多く存在し、これらの制御ではフィードバックを必要とせずとも、通常の条件下では制御結果がほぼ十分であることがわかっています。このような場合に開ループ制御を使用する利点は、部品点数と複雑さを削減できることです。しかし、閉ループ制御システムとは異なり、開ループシステムは自身が生み出すエラーを修正したり、外部からの擾乱を補正したりすることはできません。
基本的に、制御ループには2種類あります。開ループ制御（フィードフォワード）と閉ループ制御（フィードバック）です。
英国規格協会による閉ループ制御システムの定義は、「監視フィードバックを備えた制御システムであり、このフィードバックの結果として形成された偏差信号を使用して最終制御要素の動作を制御し、偏差をゼロに近づけるようにする」である。[ 4 ]
同様に、「フィードバック制御システムとは、あるシステム変数と別のシステム変数の関数を比較し、その差を制御手段として用いることによって、それらの変数間の所定の関係を維持する傾向のあるシステムである。」[ 4 ]
オープンループ制御器は、そのシンプルさと低コスト性から、特にフィードバックが重要でないシステムにおいて、単純なプロセスでよく使用されます。典型的な例としては、旧型の家庭用衣類乾燥機が挙げられます。この場合、乾燥時間は完全に人間の操作者の判断に依存し、衣類の乾燥状態に関する自動フィードバックはありません。
例えば、設定された時間に作動するようにプログラムされた灌漑用スプリンクラーシステムは、土壌水分をフィードバックとして測定しない場合、オープンループシステムの一例と言えるでしょう。たとえ芝生に雨が降り注いでいても、スプリンクラーシステムは予定通りに作動し、水を無駄に消費することになります。
もう一つの例は、位置制御に使用されるステッピングモーターです。電気パルスのストリームを送ると、モーターは正確にそのパルス数だけ回転します。これがステッピングモーターという名前の由来です。位置フィードバックなしでモーターが常に各動作を正しく実行すると仮定すると、それは開ループ制御になります。しかし、位置エンコーダや開始位置または終了位置を示すセンサーがある場合は、多くのインクジェットプリンターのように、閉ループ制御になります。ステッピングモーターの開ループ制御の欠点は、機械の負荷が高すぎる場合、またはモーターが速く動きすぎると、ステップがスキップされる可能性があることです。コントローラーにはこれを検出する手段がないため、リセットされるまで機械はわずかに調整がずれた状態で動作し続けます。このため、より複雑なロボットや工作機械では、エンコーダと閉ループコントローラーを組み込んだステッピングモーターではなく、サーボモーターが使用されます。
しかし、入力と結果の状態の関係が数式で確実にモデル化できるような、明確に定義されたシステムにおいては、開ループ制御は非常に有用かつ経済的です。例えば、一定の負荷を駆動する電動機に供給する電圧を決定し、所望の速度を達成することは、開ループ制御の良い応用例と言えるでしょう。しかし、負荷が予測不可能で過大になった場合、モーターの速度は電圧だけでなく負荷にも依存する可能性があり、開ループ制御器では速度の再現性のある制御を保証するには不十分となります。
その一例として、一定速度で搬送する必要のあるコンベアシステムが挙げられます。電圧が一定の場合、コンベアはモーターにかかる負荷（ここではコンベア上の物体の重量で表される）に応じて異なる速度で移動します。コンベアを一定速度で動作させるには、負荷に応じてモーターの電圧を調整する必要があります。この場合、閉ループ制御システムが必要となります。
したがって、バルブ、照明、モーター、ヒーターのオン/オフ切り替えなど、フィードバックを必要とせずに結果がほぼ十分であることがわかっている開ループ制御は数多く存在する。
PIDコントローラなどのフィードバック制御システムは、 PIDコントローラのフィードバック（または閉ループ制御）とフィードフォワード（または開ループ）制御を組み合わせることで改善できます。システムに関する情報（目標加速度や慣性など）をフィードフォワードしてPID出力と組み合わせることで、システム全体のパフォーマンスを向上させることができます。フィードフォワード値だけでコントローラ出力の大部分を賄える場合もよくあります。PIDコントローラは主に、設定値（SP）と開ループ制御に対するシステム応答との間に残る差や誤差を補償する必要があります。フィードフォワード出力はプロセスフィードバックの影響を受けないため、制御システムが振動することは決してなく、安定性を損なうことなくシステム応答を改善できます。フィードフォワードは、設定値と測定された追加の外乱に基づいて行うことができます。設定値重み付けは、フィードフォワードの単純な形式です。
例えば、ほとんどのモーションコントロールシステムでは、制御された機械的負荷を加速するために、アクチュエータからより大きな力が必要となります。負荷の速度を制御し、アクチュエータによって加えられる力を指令するために速度ループPIDコントローラを使用している場合、目標とする瞬間加速度を取得し、その値を適切にスケーリングしてPID速度ループコントローラの出力に加えることが有効です。これは、負荷が加速または減速されるたびに、フィードバック値に関係なく、アクチュエータから比例した量の力が指令されることを意味します。この状況では、PIDループはフィードバック情報を使用して、プロセス設定値とフィードバック値の間の残りの差を小さくするように、合成出力を変更します。このように、オープンループフィードフォワードコントローラとクローズドループPIDコントローラを組み合わせることで、状況によってはより応答性の高い制御システムを実現できます。
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