Kontrolni sistemi se koriste za održavanje zadate vrijednosti ili željenog izlaza podešavanjem ulaznog signala. Upravljački sistemi mogu biti otvorene ili zatvorene petlje. Kontrolni sistemi otvorene petlje nemaju povratnu petlju, a kontrolni sistemi zatvorene petlje imaju.
U ovom članku ću objasniti šta su kontrolni sistemi, kako rade i kako se koriste u svakodnevnom životu. Osim toga, podijelit ću neke zabavne činjenice o kontrolnim sistemima koje možda niste znali!
U ovom ćemo članku obraditi:
- Kontrolni sistemi - Umetnost projektovanja i implementacije
- Otvorena i zatvorena petlja kontrola: razlika između samokorekcionog i fiksnog izlaza
- Sistemi kontrole povratnih informacija: Dovođenje kontrole na viši nivo
- Logičko upravljanje: Pojednostavljeni i efikasni sistemi upravljanja
- On-Off kontrola: Najjednostavniji metod za kontrolu temperature
- Linearna kontrola: Umijeće održavanja željenih rezultata
- Fuzzy Logic: Dinamički kontrolni sistem
- zaključak
Kontrolni sistemi - Umetnost projektovanja i implementacije
Kontrolni sistemi uključuju proces podešavanja i održavanja određenog izlaza podešavanjem ulaznog signala. Cilj je proizvesti ispravan i konzistentan izlaz, uprkos svim početnim promjenama u inputu. Proces uključuje nekoliko faza, uključujući sljedeće:
- Ulazni stupanj: gdje se prima ulazni signal
- Faza obrade: gdje se signal obrađuje i analizira
- Izlazni stupanj: gdje se proizvodi izlazni signal
Uloga kontrolnih sistema u proizvodnji
Kontrolni sistemi igraju značajnu ulogu u proizvodnji i distribuciji u mnogim industrijama. Tehnologija automatizacije se često koristi za implementaciju ovih sistema, koji mogu biti veoma složeni i skupi za izgradnju. Sljedeći elementi su potrebni za stvaranje odličnog upravljačkog sistema:
- Dobro razumevanje sistema koji se kontroliše
- Sposobnost projektovanja i implementacije ispravnog tipa sistema upravljanja
- Paket standardnih dizajna i tehnika koje se mogu primijeniti u određenim situacijama
Koraci uključeni u kreiranje kontrolnog sistema
Proces kreiranja kontrolnog sistema uključuje sljedeće korake:
- Dizajniranje strukture sistema: Ovo uključuje određivanje vrste potrebnog kontrolnog sistema i komponenti koje će biti uključene
- Implementacija sistema: Ovo uključuje pažljivo konstruisanje sistema i izvođenje testova kako bi se osiguralo da radi ispravno
- Održavanje sistema: Ovo uključuje praćenje performansi sistema tokom vremena i unošenje svih potrebnih izmjena kako bi se osiguralo da nastavi ispravno funkcionirati
Otvorena i zatvorena petlja kontrola: razlika između samokorekcionog i fiksnog izlaza
Otvoreni kontrolni sistemi poznati su i kao kontrole bez povratne sprege. Ovi sistemi imaju fiksni izlaz koji se ne prilagođava na osnovu bilo kakvog ulaza ili povratne informacije. Struktura kontrolnog sistema otvorene petlje je tipična i uključuje ulaz, zadanu tačku i izlaz. Ulaz je signal koji se koristi za proizvodnju željenog izlaza. Zadana vrijednost je ciljna vrijednost za izlaz. Izlaz je rezultat pokretanja procesa.
Primjeri otvorenih kontrolnih sistema uključuju:
- Toster: Poluga se stavlja u fazu „uključeno“, a zavojnice se zagrevaju na fiksnu temperaturu. Toster ostaje zagrijan do predviđenog vremena, a tost iskoči.
- Tempomat u vozilu: Kontrole su podešene da održavaju fiksnu brzinu. Sistem se ne prilagođava na osnovu promenljivih uslova, kao što su brda ili vetar.
Kontrola zatvorene petlje: Samokorekcija za konzistentan izlaz
Kontrolni sistemi zatvorene petlje, takođe poznati kao kontrolni sistemi sa povratnom spregom, imaju sposobnost samokorigovanja kako bi održali konzistentan izlaz. Razlika između sistema otvorene petlje i sistema zatvorene petlje je u tome što sistem zatvorene petlje ima sposobnost samoispravljanja dok sistem otvorene petlje nema. Struktura kontrolnog sistema zatvorene petlje je slična onoj u sistemu otvorene petlje, ali uključuje povratnu petlju. Petlja povratne sprege vodi od izlaza do ulaza, omogućavajući sistemu da kontinuirano nadgleda i prilagođava se na osnovu promenljivih uslova.
Primjeri kontrolnih sistema zatvorene petlje uključuju:
- Kontrola temperature u prostoriji: Sistem prilagođava grijanje ili hlađenje na osnovu temperature u prostoriji kako bi održao konstantnu temperaturu.
- Kontrola pojačanja u zvučnom sistemu: Sistem prilagođava pojačanje na osnovu izlaza kako bi održao konzistentan nivo zvuka.
Sistemi kontrole povratnih informacija: Dovođenje kontrole na viši nivo
Kontrolni sistemi sa povratnom spregom su tip kontrolnog sistema koji koristi izlaz procesa za kontrolu ulaza. Drugim riječima, sistem prima signal od procesa kojim se upravlja i koristi taj signal za podešavanje ulaza kako bi se postigao željeni izlaz.
Dijagrami i nazivi povezani sa sistemima za kontrolu povratnih informacija
Postoji nekoliko dijagrama i imena povezanih sa sistemima kontrole povratnih informacija, uključujući:
- Blok dijagrami: Oni pokazuju komponente kontrolnog sistema povratnih informacija i kako su one povezane.
- Prijenosne funkcije: One opisuju odnos između ulaza i izlaza sistema.
- Sistemi zatvorene petlje: Ovo su kontrolni sistemi sa povratnom spregom gde se izlaz vraća nazad na ulaz da bi se održao željeni izlaz.
- Sistemi otvorene petlje: Ovo su sistemi kontrole povratne sprege kod kojih se izlaz ne vraća nazad na ulaz.
Logičko upravljanje: Pojednostavljeni i efikasni sistemi upravljanja
Logička kontrola je tip kontrolnog sistema koji koristi Bulovu logiku ili druge logičke operacije za donošenje odluka i kontrolu procesa. To je pojednostavljen i efikasan sistem upravljanja koji se široko koristi u različitim industrijama, uključujući proizvodnju, proizvodnju i elektrotehniku.
Kako funkcionira logička kontrola?
Logički kontrolni sistemi su dizajnirani da upravljaju različitim ulazima i proizvode željeni izlaz. Osnovni način rada je sljedeći:
- Sistem prima ulazni signal, koji je obično u obliku električne struje.
- Ulazni signal se zatim poredi sa zadatom vrednošću ili tačkom, koja se pohranjuje u sistemu.
- Ako je ulazni signal ispravan, sistem će izvršiti određenu radnju ili će se prebaciti na određenu postavku.
- Ako je ulazni signal netačan, sistem će nastaviti da prima ulaz sve dok se ne dostigne tačna vrijednost.
Primjeri logičkih upravljačkih sistema
Logički kontrolni sistemi se koriste u širokom spektru aplikacija, uključujući:
- Semafori: semafori koriste logičku kontrolu za prebacivanje između crvenog, žutog i zelenog svjetla na osnovu toka saobraćaja.
- Industrijski roboti: Industrijski roboti koriste logičku kontrolu za obavljanje složenih zadataka, kao što su zavarivanje, farbanje i montaža.
- Automatske mašine za pranje veša: Automatske mašine za pranje veša koriste logičku kontrolu za prebacivanje između različitih ciklusa pranja i temperatura na osnovu unosa korisnika.
On-Off kontrola: Najjednostavniji metod za kontrolu temperature
On-Off kontrola je istorijski implementirana korišćenjem međusobno povezanih releja, cam tajmera i prekidača koji su konstruisani u nizu merdevina. Međutim, s napretkom tehnologije, on-off kontrola se sada može izvoditi pomoću mikrokontrolera, specijaliziranih programabilnih logičkih kontrolera i drugih elektroničkih uređaja.
Primjeri On-Off kontrole
Neki primjeri proizvoda koji koriste on-off kontrolu uključuju:
- Kućni termostati koji uključuju grijač kada temperatura u prostoriji padne ispod željene postavke i isključuju ga kada je iznad nje.
- Frižideri koji uključuju kompresor kada temperatura u frižideru poraste iznad željene temperature i isključuju ga kada padne ispod nje.
- Mašine za pranje rublja koje koriste on-off kontrolu za pokretanje različitih međusobno povezanih sekvencijalnih operacija.
- Pneumatski aktuatori koji koriste on-off kontrolu za održavanje određenog nivoa pritiska.
Prednosti i nedostaci On-Off kontrole
Prednosti on-off kontrole uključuju:
- Jednostavan je i jeftin za implementaciju.
- Lako je razumjeti i izvesti.
- Može se koristiti u različitim vrstama mašina i operacija.
Nedostaci on-off kontrole uključuju:
- Proizvodi nagle promjene u sistemu, što može uzrokovati negativne efekte na proizvod ili proces koji se kontrolira.
- Možda neće moći precizno da održi željenu zadatu vrednost, posebno u sistemima sa velikim toplotnim masama.
- To može uzrokovati habanje električnih prekidača i releja, što dovodi do čestih zamjena.
Linearna kontrola: Umijeće održavanja željenih rezultata
Teorija linearnog upravljanja zasniva se na nekoliko principa koji određuju kako se ponašaju linearni sistemi upravljanja. Ova načela uključuju:
- Princip ignorisanja neželjenih efekata: Ovaj princip pretpostavlja da se svi neželjeni efekti sistema mogu zanemariti.
- Princip aditivnosti: Ovaj princip se pridržava koncepta da je izlaz linearnog sistema zbir izlaza proizvedenih svakim ulazom koji djeluje samostalno.
- Princip superpozicije: Ovaj princip pretpostavlja da je izlaz linearnog sistema zbir izlaza proizvedenih svakim ulazom koji djeluje samostalno.
Nelinearni slučaj
Ako se sistem ne pridržava principa aditivnosti i homogenosti, smatra se nelinearnim. U ovom slučaju, jednadžba za definiranje je obično kvadrat članova. Nelinearni sistemi se ne ponašaju na isti način kao linearni sistemi i zahtevaju različite metode upravljanja.
Fuzzy Logic: Dinamički kontrolni sistem
Fuzzy logika je tip kontrolnog sistema koji koristi fuzzy skupove za pretvaranje ulaznog signala u izlazni signal. To je matematička struktura koja analizira analogne ulazne vrijednosti u smislu logičkih varijabli koje poprimaju kontinuirane vrijednosti između 0 i 1. Fuzzy logika je dinamički kontrolni sistem koji može upravljati promjenama ulaznog signala i prilagoditi izlazni signal u skladu s tim.
Primjeri Fuzzy logike na djelu
Fuzzy logika se koristi u mnogim poljima za obavljanje širokog spektra kontrolnih zadataka. Evo nekoliko primjera:
- Tretman vode: Fuzzy logika se koristi za kontrolu protoka vode kroz postrojenje za prečišćavanje. Sistem prilagođava protok na osnovu trenutnog stanja vode i željenog kvaliteta izlaza.
- HVAC sistemi: Fuzzy logika se koristi za kontrolu temperature i vlažnosti u zgradi. Sistem prilagođava temperaturu i vlažnost na osnovu trenutnog stanja zgrade i željenog nivoa udobnosti.
- Kontrola saobraćaja: Fuzzy logika se koristi za kontrolu toka saobraćaja kroz raskrsnicu. Sistem prilagođava vrijeme semafora na osnovu trenutnih uslova u saobraćaju.
zaključak
Dakle, kontrolni sistemi se koriste za kontrolu procesa u mnogim industrijama i uključuju dizajniranje, implementaciju i održavanje sistema koji održava konzistentan izlaz uprkos promjenama u inputu.
Sa kontrolnim sistemom ne možete pogriješiti, stoga se nemojte bojati koristiti ga u svom sljedećem projektu! Dakle, samo naprijed i kontrolirajte svoj svijet!
Ja sam Joost Nusselder, osnivač Tools Doctor, marketer sadržaja i otac. Volim isprobavati novu opremu, a zajedno sa svojim timom od 2016. stvaram detaljne članke na blogu kako bih pomogao vjernim čitateljima alatima i savjetima za izradu.
