Els sistemes de control s'utilitzen per mantenir un punt de consigna o una sortida desitjada ajustant un senyal d'entrada. Els sistemes de control poden ser de llaç obert o llaç tancat. Els sistemes de control de llaç obert no tenen un llaç de retroalimentació i els sistemes de control de llaç tancat sí.
En aquest article, explicaré què són els sistemes de control, com funcionen i com s'utilitzen a la vida quotidiana. A més, compartiré algunes dades divertides sobre sistemes de control que potser no coneixeu!
En aquest post tractarem:
- Sistemes de control: l'art de dissenyar i implementar
- Control de llaç obert i llaç tancat: la diferència entre l'autocorrecció i la sortida fixa
- Sistemes de control de retroalimentació: portar el control al següent nivell
- Control lògic: sistemes de control simplificats i efectius
- Control On-Off: el mètode més senzill per controlar la temperatura
- Control lineal: l'art de mantenir les sortides desitjades
- La lògica difusa: un sistema de control dinàmic
- Conclusió
Sistemes de control: l'art de dissenyar i implementar
Els sistemes de control impliquen el procés d'establir i mantenir una sortida determinada mitjançant l'ajust del senyal d'entrada. L'objectiu és produir una sortida correcta i coherent, malgrat qualsevol canvi inicial en l'entrada. El procés consta de diverses etapes, entre les quals destaquen les següents:
- Etapa d'entrada: on es rep el senyal d'entrada
- Fase de processament: on es processa i analitza el senyal
- Etapa de sortida: on es produeix el senyal de sortida
El paper dels sistemes de control en la producció
Els sistemes de control tenen un paper important en la producció i distribució en moltes indústries. La tecnologia d'automatització s'utilitza sovint per implementar aquests sistemes, que poden ser molt complexos i costosos de construir. Es requereixen els següents elements per crear un sistema de control excel·lent:
- Una bona comprensió del sistema que es controla
- Capacitat per dissenyar i implementar el tipus correcte de sistema de control
- Un paquet de dissenys i tècniques estàndard que es poden aplicar a situacions particulars
Els passos per crear un sistema de control
El procés de creació d'un sistema de control inclou els següents passos:
- Disseny de l'estructura del sistema: implica determinar el tipus de sistema de control requerit i els components que s'hi inclouran.
- Implementació del sistema: això implica construir acuradament el sistema i executar proves per assegurar-se que funciona correctament.
- Manteniment del sistema: Això implica supervisar el rendiment del sistema al llarg del temps i fer els canvis necessaris per garantir que segueixi funcionant correctament.
Control de llaç obert i llaç tancat: la diferència entre l'autocorrecció i la sortida fixa
Els sistemes de control de llaç obert també es coneixen com a controls sense retroalimentació. Aquests sistemes tenen una sortida fixa que no s'ajusta en funció de cap entrada o feedback. L'estructura d'un sistema de control de llaç obert és típica i inclou una entrada, un punt de consigna i una sortida. L'entrada és el senyal que s'utilitza per produir la sortida desitjada. El punt de consigna és el valor objectiu de la sortida. La sortida és el resultat del procés en execució.
Alguns exemples de sistemes de control de llaç obert inclouen:
- Una torradora: la palanca es col·loca en la fase d'encesa i les bobines s'escalfen a una temperatura fixa. La torradora es manté calenta fins a l'hora assenyalada i apareix la torrada.
- Un control de creuer en un vehicle: els controls estan configurats per mantenir una velocitat fixa. El sistema no s'ajusta en funció de les condicions canviants, com ara turons o vent.
Control de llaç tancat: autocorrecció per a una sortida consistent
Els sistemes de control de llaç tancat, també coneguts com a sistemes de control de retroalimentació, tenen la capacitat d'autocorregir-se per mantenir una sortida coherent. La diferència entre un sistema de llaç obert i un sistema de llaç tancat és que el sistema de llaç tancat té la capacitat d'autocorregir-se mentre que el sistema de llaç obert no. L'estructura d'un sistema de control de llaç tancat és similar a la d'un sistema de llaç obert, però inclou un llaç de retroalimentació. El bucle de retroalimentació condueix des de la sortida a l'entrada, permetent al sistema controlar i ajustar contínuament en funció de les condicions canviants.
Alguns exemples de sistemes de control de llaç tancat inclouen:
- Control de temperatura en una habitació: el sistema ajusta la calefacció o la refrigeració en funció de la temperatura de l'habitació per mantenir una temperatura constant.
- Control de l'amplificació en un sistema de so: el sistema ajusta l'amplificació en funció de la sortida per mantenir un nivell de so constant.
Sistemes de control de retroalimentació: portar el control al següent nivell
Els sistemes de control de retroalimentació són un tipus de sistema de control que utilitza la sortida d'un procés per controlar l'entrada. En altres paraules, el sistema rep un senyal del procés que es controla i utilitza aquest senyal per ajustar l'entrada per aconseguir la sortida desitjada.
Diagrames i noms associats amb sistemes de control de retroalimentació
Hi ha diversos diagrames i noms associats als sistemes de control de retroalimentació, que inclouen:
- Esquemes de blocs: mostren els components del sistema de control de retroalimentació i com estan connectats.
- Funcions de transferència: descriuen la relació entre l'entrada i la sortida del sistema.
- Sistemes de bucle tancat: són sistemes de control de retroalimentació on la sortida es retorna a l'entrada per mantenir la sortida desitjada.
- Sistemes de bucle obert: són sistemes de control de retroalimentació on la sortida no es retorna a l'entrada.
Control lògic: sistemes de control simplificats i efectius
El control lògic és un tipus de sistema de control que utilitza la lògica booleana o altres operacions lògiques per prendre decisions i controlar processos. És un sistema de control simplificat i eficaç que s'utilitza àmpliament en diverses indústries, com ara la producció, la fabricació i l'enginyeria elèctrica.
Com funciona el control lògic?
Els sistemes de control lògic estan dissenyats per gestionar una varietat d'entrades i produir una sortida desitjada. El mètode bàsic de funcionament és el següent:
- El sistema rep un senyal d'entrada, que normalment té la forma de corrent elèctric.
- Aleshores, el senyal d'entrada es compara amb un valor o punt establert, que s'emmagatzema al sistema.
- Si el senyal d'entrada és correcte, el sistema realitzarà una acció específica o canviarà a una configuració específica.
- Si el senyal d'entrada és incorrecte, el sistema continuarà rebent entrada fins que s'assoleixi el valor correcte.
Exemples de sistemes de control lògic
Els sistemes de control lògic s'utilitzen en una àmplia gamma d'aplicacions, com ara:
- Semàfors: els semàfors utilitzen el control lògic per canviar entre els semàfors vermells, grocs i verds en funció del flux del trànsit.
- Robots industrials: els robots industrials utilitzen el control lògic per realitzar tasques complexes, com ara soldadura, pintura i muntatge.
- Rentadores automàtiques: les rentadores automàtiques utilitzen un control lògic per canviar entre diferents cicles de rentat i temperatures en funció de l'entrada de l'usuari.
Control On-Off: el mètode més senzill per controlar la temperatura
El control On-Off s'ha implementat històricament mitjançant relés interconnectats, temporitzadors de lleves i interruptors que es construeixen en una seqüència d'escala. Tanmateix, amb l'avenç de la tecnologia, el control d'encesa i apagat ara es pot realitzar mitjançant microcontroladors, controladors lògics programables especialitzats i altres dispositius electrònics.
Exemples de control On-Off
Alguns exemples de productes que utilitzen control d'encesa i apagat inclouen:
- Termòstats domèstics que encenen l'escalfador quan la temperatura de l'habitació baixa per sota de la configuració desitjada i l'apaguen quan la supera.
- Frigorífics que encenen el compressor quan la temperatura a l'interior de la nevera supera la temperatura desitjada i l'apaguen quan la baixa.
- Rentadores que utilitzen control d'encesa i apagat per activar diferents operacions seqüencials interrelacionades.
- Actuadors pneumàtics que utilitzen el control on-off per mantenir un determinat nivell de pressió.
Avantatges i desavantatges del control On-Off
Els avantatges del control on-off inclouen:
- És senzill i econòmic d'implementar.
- És fàcil d'entendre i executar.
- Es pot utilitzar en diferents tipus de maquinària i operacions.
Els desavantatges del control on-off inclouen:
- Produeix canvis bruscos en el sistema, que poden provocar efectes negatius en el producte o procés que es controla.
- És possible que no pugui mantenir el punt de consigna desitjat amb precisió, especialment en sistemes amb grans masses tèrmiques.
- Pot provocar un desgast dels interruptors i relés elèctrics, provocant substitucions freqüents.
Control lineal: l'art de mantenir les sortides desitjades
La teoria del control lineal es basa en diversos principis que regeixen com es comporten els sistemes de control lineal. Aquests principis inclouen:
- El principi d'ignorar els efectes indesitjables: aquest principi suposa que qualsevol efecte indesitjable del sistema es pot ignorar.
- El principi d'additivitat: aquest principi s'adhereix al concepte que la sortida d'un sistema lineal és la suma de les sortides produïdes per cada entrada actuant sola.
- El principi de superposició: aquest principi suposa que la sortida d'un sistema lineal és la suma de les sortides produïdes per cada entrada actuant sola.
El cas no lineal
Si un sistema no s'adhereix als principis d'additivitat i homogeneïtat, es considera no lineal. En aquest cas, l'equació definidora sol ser un quadrat de termes. Els sistemes no lineals no es comporten de la mateixa manera que els sistemes lineals i requereixen diferents mètodes de control.
La lògica difusa: un sistema de control dinàmic
La lògica difusa és un tipus de sistema de control que utilitza conjunts difusos per convertir un senyal d'entrada en un senyal de sortida. És una estructura matemàtica que analitza els valors d'entrada analògics en termes de variables lògiques que prenen valors continus entre 0 i 1. La lògica difusa és un sistema de control dinàmic que pot gestionar els canvis en el senyal d'entrada i ajustar el senyal de sortida en conseqüència.
Exemples de lògica difusa en acció
La lògica difusa s'utilitza en molts camps per realitzar una àmplia gamma de tasques de control. Aquests són alguns exemples:
- Tractament d'aigua: s'utilitza la lògica difusa per controlar el flux d'aigua a través d'una depuradora. El sistema ajusta el cabal en funció de l'estat actual de l'aigua i la qualitat de sortida desitjada.
- Sistemes de climatització: la lògica difusa s'utilitza per controlar la temperatura i la humitat d'un edifici. El sistema ajusta la temperatura i la humitat en funció de l'estat actual de l'edifici i del nivell de confort desitjat.
- Control de trànsit: la lògica difusa s'utilitza per controlar el flux de trànsit a través d'una intersecció. El sistema ajusta el temps dels semàfors en funció de les condicions actuals del trànsit.
Conclusió
Per tant, els sistemes de control s'utilitzen per controlar processos en moltes indústries, i impliquen dissenyar, implementar i mantenir un sistema que manté una sortida coherent malgrat els canvis en l'entrada.
No us podeu equivocar amb un sistema de control, així que no tingueu por d'utilitzar-ne un en el vostre proper projecte! Així que, endavant i controla el teu món!
Sóc Joost Nusselder, el fundador de Tools Doctor, venedor de continguts i pare. M'encanta provar equips nous i, juntament amb el meu equip, he estat creant articles de bloc en profunditat des del 2016 per ajudar els lectors fidels amb eines i consells d'elaboració.
