Řídicí systémy se používají k udržení požadované hodnoty nebo požadovaného výstupu úpravou vstupního signálu. Řídicí systémy mohou být otevřené nebo uzavřené. Řídicí systémy s otevřenou smyčkou nemají zpětnovazební smyčku a řídicí systémy s uzavřenou smyčkou ano.
V tomto článku vysvětlím, co jsou řídicí systémy, jak fungují a jak se používají v každodenním životě. Navíc se podělím o pár zábavných faktů o řídicích systémech, které možná nevíte!
V tomto příspěvku se budeme zabývat:
- Řídicí systémy – umění navrhovat a implementovat
- Řízení s otevřenou a uzavřenou smyčkou: Rozdíl mezi autokorekcí a pevným výstupem
- Systémy kontroly zpětné vazby: Posouvání kontroly na další úroveň
- Logické řízení: Zjednodušené a efektivní řídicí systémy
- On-Off Control: Nejjednodušší metoda pro řízení teploty
- Lineární řízení: Umění udržovat požadované výstupy
- Fuzzy Logic: Dynamický řídicí systém
- Proč investovat do čističky vzduchu?
Řídicí systémy – umění navrhovat a implementovat
Řídicí systémy zahrnují proces nastavení a udržování konkrétního výstupu úpravou vstupního signálu. Cílem je vytvořit správný a konzistentní výstup bez ohledu na počáteční změny ve vstupu. Proces zahrnuje několik fází, včetně následujících:
- Vstupní stupeň: kde je přijímán vstupní signál
- Fáze zpracování: kde je signál zpracováván a analyzován
- Výstupní stupeň: kde se vytváří výstupní signál
Role řídicích systémů ve výrobě
Řídicí systémy hrají významnou roli ve výrobě a distribuci v mnoha průmyslových odvětvích. K implementaci těchto systémů se často používá automatizační technologie, jejíž konstrukce může být velmi složitá a nákladná. K vytvoření vynikajícího řídicího systému jsou nutné následující prvky:
- Dobrá znalost řízeného systému
- Schopnost navrhnout a implementovat správný typ řídicího systému
- Balíček standardních návrhů a technik, které lze aplikovat na konkrétní situace
Kroky spojené s vytvořením řídicího systému
Proces vytváření řídicího systému zahrnuje následující kroky:
- Návrh struktury systému: To zahrnuje určení typu požadovaného řídicího systému a komponent, které budou zahrnuty
- Implementace systému: To zahrnuje pečlivou konstrukci systému a spuštění testů, aby bylo zajištěno, že funguje správně
- Údržba systému: To zahrnuje sledování výkonu systému v průběhu času a provádění všech nezbytných změn, aby bylo zajištěno, že bude i nadále správně fungovat
Řízení s otevřenou a uzavřenou smyčkou: Rozdíl mezi autokorekcí a pevným výstupem
Řídicí systémy s otevřenou smyčkou jsou také známé jako kontroly bez zpětné vazby. Tyto systémy mají pevný výstup, který není upravován na základě žádného vstupu nebo zpětné vazby. Struktura řídicího systému s otevřenou smyčkou je typická a zahrnuje vstup, nastavenou hodnotu a výstup. Vstup je signál, který se používá k vytvoření požadovaného výstupu. Nastavená hodnota je cílová hodnota pro výstup. Výstup je výsledkem běžícího procesu.
Příklady řídicích systémů s otevřenou smyčkou zahrnují:
- Toustovač: Páka je umístěna ve fázi „zapnuto“ a spirálky jsou ohřívány na pevnou teplotu. Toustovač zůstane zahřátý až do stanovené doby a toast se vysune.
- Tempomat ve vozidle: Ovládací prvky jsou nastaveny tak, aby udržovaly pevnou rychlost. Systém se nepřizpůsobuje na základě měnících se podmínek, jako jsou kopce nebo vítr.
Regulace v uzavřené smyčce: Autokorekce pro konzistentní výstup
Řídicí systémy s uzavřenou smyčkou, známé také jako zpětnovazební řídicí systémy, mají schopnost samočinné korekce, aby byl zachován konzistentní výstup. Rozdíl mezi systémem s otevřenou a uzavřenou smyčkou je v tom, že systém s uzavřenou smyčkou má schopnost samočinné opravy, zatímco systém s otevřenou smyčkou nikoli. Struktura řídicího systému s uzavřenou smyčkou je podobná jako u systému s otevřenou smyčkou, ale obsahuje zpětnovazební smyčku. Zpětnovazební smyčka vede z výstupu na vstup, což umožňuje systému nepřetržitě monitorovat a upravovat na základě měnících se podmínek.
Příklady systémů řízení s uzavřenou smyčkou zahrnují:
- Regulace teploty v místnosti: Systém upravuje vytápění nebo chlazení na základě teploty v místnosti, aby byla udržována konzistentní teplota.
- Ovládání zesílení ve zvukovém systému: Systém nastavuje zesílení na základě výstupu, aby byla zachována konzistentní úroveň zvuku.
Systémy kontroly zpětné vazby: Posouvání kontroly na další úroveň
Zpětnovazební řídicí systémy jsou typem řídicího systému, který využívá výstup procesu k řízení vstupu. Jinými slovy, systém přijímá signál z řízeného procesu a používá tento signál k úpravě vstupu, aby se dosáhlo požadovaného výstupu.
Diagramy a názvy spojené se systémy kontroly zpětné vazby
Existuje několik diagramů a názvů spojených se zpětnovazebními řídicími systémy, včetně:
- Bloková schémata: Znázorňují komponenty zpětnovazebního řídicího systému a způsob jejich propojení.
- Přenosové funkce: Popisují vztah mezi vstupem a výstupem systému.
- Systémy s uzavřenou smyčkou: Jedná se o zpětnovazební řídicí systémy, kde je výstup přiváděn zpět na vstup, aby byl zachován požadovaný výstup.
- Systémy s otevřenou smyčkou: Jedná se o zpětnovazební řídicí systémy, kde výstup není přiváděn zpět na vstup.
Logické řízení: Zjednodušené a efektivní řídicí systémy
Logické řízení je typ řídicího systému, který používá booleovskou logiku nebo jiné logické operace k rozhodování a řízení procesů. Jedná se o zjednodušený a efektivní řídicí systém, který je široce používán v různých průmyslových odvětvích, včetně výroby, výroby a elektrotechniky.
Jak funguje logické řízení?
Logické řídicí systémy jsou navrženy tak, aby zvládaly různé vstupy a produkovaly požadovaný výstup. Základní způsob provozu je následující:
- Systém přijímá vstupní signál, který je obvykle ve formě elektrického proudu.
- Vstupní signál je poté porovnán s nastavenou hodnotou nebo bodem, který je uložen v systému.
- Pokud je vstupní signál správný, systém provede konkrétní akci nebo přepne na konkrétní nastavení.
- Pokud je vstupní signál nesprávný, systém bude nadále přijímat vstup, dokud nebude dosaženo správné hodnoty.
Příklady logických řídicích systémů
Logické řídicí systémy se používají v široké řadě aplikací, včetně:
- Semafory: Semafory používají logické ovládání k přepínání mezi červenými, žlutými a zelenými světly na základě toku provozu.
- Průmyslové roboty: Průmyslové roboty používají logické řízení k provádění složitých úkolů, jako je svařování, lakování a montáž.
- Automatické pračky: Automatické pračky používají logické řízení k přepínání mezi různými pracími cykly a teplotami na základě zadání uživatele.
On-Off Control: Nejjednodušší metoda pro řízení teploty
On-Off ovládání je historicky implementováno pomocí propojených relé, vačkových časovačů a spínačů, které jsou konstruovány v žebříkové sekvenci. S pokrokem technologie však nyní může být ovládání zapnuto-vypnuto prováděno pomocí mikrokontrolérů, specializovaných programovatelných logických ovladačů a dalších elektronických zařízení.
Příklady On-Off Control
Některé příklady produktů, které používají ovládání on-off:
- Bytové termostaty, které zapnou topidlo, když teplota v místnosti klesne pod požadovanou hodnotu, a vypnou, když teplota v místnosti klesne pod požadovanou hodnotu.
- Chladničky, které zapnou kompresor, když teplota uvnitř chladničky stoupne nad požadovanou teplotu, a vypnou jej, když klesne pod ni.
- Pračky, které používají ovládání on-off ke spuštění různých vzájemně souvisejících sekvenčních operací.
- Pneumatické pohony, které používají ovládání on-off k udržení určité úrovně tlaku.
Výhody a nevýhody On-Off řízení
Mezi výhody on-off ovládání patří:
- Jeho implementace je jednoduchá a levná.
- Je snadné to pochopit a provést.
- Může být použit v různých typech strojů a provozů.
Nevýhody on-off ovládání zahrnují:
- Vyvolává náhlé změny v systému, které mohou mít negativní vliv na kontrolovaný produkt nebo proces.
- Nemusí být schopen přesně udržovat požadovanou hodnotu, zejména v systémech s velkými tepelnými hmotnostmi.
- Může způsobit opotřebení elektrických spínačů a relé, což vede k častým výměnám.
Lineární řízení: Umění udržovat požadované výstupy
Teorie lineárního řízení je založena na několika principech, které řídí chování lineárních řídicích systémů. Mezi tyto zásady patří:
- Princip ignorování nežádoucích efektů: Tento princip předpokládá, že jakékoliv nežádoucí efekty systému mohou být ignorovány.
- Princip aditivity: Tento princip se drží konceptu, že výstup lineárního systému je součtem výstupů vytvořených každým vstupem působícím samostatně.
- Princip superpozice: Tento princip předpokládá, že výstup lineárního systému je součtem výstupů vytvořených každým vstupem působícím samostatně.
Nelineární případ
Pokud systém nedodržuje principy aditivity a homogenity, je považován za nelineární. V tomto případě je definující rovnicí obvykle čtverec členů. Nelineární systémy se nechovají stejným způsobem jako lineární systémy a vyžadují různé metody řízení.
Fuzzy Logic: Dynamický řídicí systém
Fuzzy logika je typ řídicího systému, který využívá fuzzy množiny k převodu vstupního signálu na výstupní signál. Jedná se o matematickou strukturu, která analyzuje analogové vstupní hodnoty z hlediska logických proměnných, které nabývají spojitých hodnot mezi 0 a 1. Fuzzy logika je dynamický řídicí systém, který dokáže zvládnout změny vstupního signálu a odpovídajícím způsobem upravit výstupní signál.
Příklady fuzzy logiky v akci
Fuzzy logika se používá v mnoha oblastech k provádění široké škály řídicích úloh. Zde jsou nějaké příklady:
- Úprava vody: Fuzzy logika se používá k řízení průtoku vody čističkou. Systém upravuje průtok na základě aktuálního stavu vody a požadované výstupní kvality.
- Systémy HVAC: Fuzzy logika se používá k řízení teploty a vlhkosti v budově. Systém upravuje teplotu a vlhkost na základě aktuálního stavu budovy a požadované úrovně komfortu.
- Řízení dopravy: Fuzzy logika se používá k řízení toku dopravy přes křižovatku. Systém upravuje načasování semaforů na základě aktuální dopravní situace.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Řídicí systémy se tedy používají k řízení procesů v mnoha průmyslových odvětvích a zahrnují návrh, implementaci a údržbu systému, který udržuje konzistentní výstup navzdory změnám ve vstupu.
S řídicím systémem neuděláte chybu, takže se nebojte jej použít ve svém příštím projektu! Takže pokračujte a ovládejte svůj svět!
Jmenuji se Joost Nusselder, zakladatel společnosti Tools Doctor, obchodník s obsahem a táta. Rád zkouším nové vybavení a společně se svým týmem vytvářím od roku 2016 podrobné články na blogu, které věrným čtenářům pomáhají s nástroji a tipy na tvorbu.
