Styresystemer bruges til at opretholde et sætpunkt eller ønsket output ved at justere et indgangssignal. Styresystemer kan være åben sløjfe eller lukket sløjfe. Åbent sløjfe-kontrolsystemer har ikke en feedback-sløjfe, og lukket sløjfe-kontrolsystemer har.
I denne artikel vil jeg forklare, hvad kontrolsystemer er, hvordan de fungerer, og hvordan de bruges i hverdagen. Derudover vil jeg dele nogle sjove fakta om kontrolsystemer, du måske ikke kender!
I dette indlæg dækker vi:
- Kontrolsystemer- Kunsten at designe og implementere
- Open-loop og closed-loop kontrol: Forskellen mellem selvkorrektion og fast output
- Feedbackkontrolsystemer: Bringer kontrol til det næste niveau
- Logisk kontrol: Forenklede og effektive kontrolsystemer
- On-Off kontrol: Den enkleste metode til at kontrollere temperatur
- Lineær kontrol: Kunsten at opretholde ønskede output
- The Fuzzy Logic: Et dynamisk kontrolsystem
- Konklusion
Kontrolsystemer- Kunsten at designe og implementere
Kontrolsystemer involverer processen med at indstille og vedligeholde et bestemt output ved at justere inputsignalet. Målet er at producere et korrekt og konsistent output på trods af eventuelle indledende ændringer i inputtet. Processen omfatter en række faser, herunder følgende:
- Indgangstrin: hvor indgangssignalet modtages
- Behandlingsstadie: hvor signalet behandles og analyseres
- Udgangstrin: hvor udgangssignalet produceres
Kontrolsystemernes rolle i produktionen
Kontrolsystemer spiller en væsentlig rolle i produktion og distribution i mange industrier. Automationsteknologi bruges ofte til at implementere disse systemer, som kan være meget komplekse og dyre at konstruere. Følgende elementer er nødvendige for at skabe et fremragende kontrolsystem:
- En god forståelse af det system, der styres
- Evnen til at designe og implementere den korrekte type kontrolsystem
- En pakke med standarddesign og -teknikker, der kan anvendes til bestemte situationer
De trin, der er involveret i at skabe et kontrolsystem
Processen med at skabe et kontrolsystem involverer følgende trin:
- Design af systemets struktur: Dette indebærer at bestemme den type kontrolsystem, der kræves, og de komponenter, der vil blive inkluderet
- Implementering af systemet: Dette involverer omhyggelig konstruktion af systemet og afvikling af tests for at sikre, at det fungerer korrekt
- Vedligeholdelse af systemet: Dette indebærer at overvåge systemets ydeevne over tid og foretage de nødvendige ændringer for at sikre, at det fortsætter med at fungere korrekt
Open-loop og closed-loop kontrol: Forskellen mellem selvkorrektion og fast output
Open-loop kontrolsystemer er også kendt som ikke-feedback-styringer. Disse systemer har et fast output, der ikke justeres baseret på input eller feedback. Strukturen af et åbent sløjfe kontrolsystem er typisk og inkluderer et input, et sætpunkt og et output. Indgangen er det signal, der bruges til at producere det ønskede output. Setpunktet er målværdien for output. Outputtet er resultatet af processen, der kører.
Eksempler på åben-sløjfe kontrolsystemer omfatter:
- En brødrister: Håndtaget placeres i "tændt"-fasen, og spolerne opvarmes til en fast temperatur. Brødristeren forbliver opvarmet til det aftalte tidspunkt, og toasten dukker op.
- En fartpilot i et køretøj: Betjeningsknapperne er indstillet til at holde en fast hastighed. Systemet justerer ikke baseret på skiftende forhold, såsom bakker eller vind.
Closed-loop kontrol: Selvkorrektion for ensartet output
Kontrolsystemer med lukket sløjfe, også kendt som feedback-kontrolsystemer, har evnen til at korrigere sig selv for at opretholde et ensartet output. Forskellen mellem et åbent-sløjfe- og et lukket-sløjfe-system er, at det lukkede-sløjfe-system har evnen til at selvkorrigere, mens det åbne-sløjfe-system ikke gør det. Strukturen af et lukket-sløjfe-kontrolsystem ligner strukturen af et åbent-sløjfe-system, men det inkluderer en feedback-sløjfe. Feedbacksløjfen fører fra output til input, hvilket gør det muligt for systemet løbende at overvåge og justere baseret på skiftende forhold.
Eksempler på lukket sløjfe kontrolsystemer omfatter:
- Temperaturstyring i et rum: Systemet justerer opvarmningen eller afkølingen baseret på temperaturen i rummet for at opretholde en ensartet temperatur.
- Forstærkningskontrol i et lydsystem: Systemet justerer forstærkningen baseret på outputtet for at opretholde et ensartet lydniveau.
Feedbackkontrolsystemer: Bringer kontrol til det næste niveau
Feedback-kontrolsystemer er en type kontrolsystem, der bruger output fra en proces til at styre input. Med andre ord modtager systemet et signal fra den proces, der styres, og bruger dette signal til at justere input for at opnå det ønskede output.
Diagrammer og navne forbundet med feedbackkontrolsystemer
Der er flere diagrammer og navne forbundet med feedbackkontrolsystemer, herunder:
- Blokdiagrammer: Disse viser komponenterne i feedbackstyringssystemet, og hvordan de er forbundet.
- Overførselsfunktioner: Disse beskriver forholdet mellem systemets input og output.
- Closed-loop-systemer: Disse er feedback-styringssystemer, hvor outputtet føres tilbage til input for at opretholde det ønskede output.
- Open-loop-systemer: Disse er feedback-styringssystemer, hvor outputtet ikke føres tilbage til input.
Logisk kontrol: Forenklede og effektive kontrolsystemer
Logisk kontrol er en type kontrolsystem, der bruger boolsk logik eller andre logiske operationer til at træffe beslutninger og styre processer. Det er et forenklet og effektivt kontrolsystem, der er meget udbredt i forskellige industrier, herunder produktion, fremstilling og elektroteknik.
Hvordan fungerer logisk kontrol?
Logiske kontrolsystemer er designet til at håndtere en række input og producere et ønsket output. Den grundlæggende driftsmetode er som følger:
- Systemet modtager et indgangssignal, som normalt er i form af en elektrisk strøm.
- Indgangssignalet sammenlignes derefter med en indstillet værdi eller et punkt, som er lagret i systemet.
- Hvis inputsignalet er korrekt, vil systemet udføre en bestemt handling eller skifte til en bestemt indstilling.
- Hvis indgangssignalet er forkert, vil systemet fortsætte med at modtage input, indtil den korrekte værdi er nået.
Eksempler på logiske kontrolsystemer
Logiske kontrolsystemer bruges i en lang række applikationer, herunder:
- Trafiklys: Trafiklys bruger logisk kontrol til at skifte mellem rødt, gult og grønt lys baseret på trafikstrømmen.
- Industrirobotter: Industrirobotter bruger logisk kontrol til at udføre komplekse opgaver, såsom svejsning, maling og montering.
- Automatiske vaskemaskiner: Automatiske vaskemaskiner bruger logisk kontrol til at skifte mellem forskellige vaskecyklusser og temperaturer baseret på brugerens input.
On-Off kontrol: Den enkleste metode til at kontrollere temperatur
On-Off-styring er historisk implementeret ved hjælp af indbyrdes forbundne relæer, cam-timere og kontakter, der er konstrueret i en stigesekvens. Men med teknologiens fremskridt kan on-off kontrol nu udføres ved hjælp af mikrocontrollere, specialiserede programmerbare logiske controllere og andre elektroniske enheder.
Eksempler på On-Off kontrol
Nogle eksempler på produkter, der bruger on-off-kontrol, omfatter:
- Hustermostater, der tænder for varmeren, når rumtemperaturen falder til under den ønskede indstilling, og slukker den, når den går over den.
- Køleskabe, der tænder for kompressoren, når temperaturen inde i køleskabet stiger over den ønskede temperatur, og slukker den, når den kommer under den.
- Vaskemaskiner, der bruger on-off kontrol til at udløse forskellige indbyrdes relaterede sekventielle operationer.
- Pneumatiske aktuatorer, der bruger on-off kontrol til at opretholde et vist trykniveau.
Fordele og ulemper ved On-Off Control
Fordele ved on-off kontrol inkluderer:
- Det er enkelt og billigt at implementere.
- Det er nemt at forstå og udføre.
- Det kan bruges i forskellige typer maskiner og operationer.
Ulemper ved on-off kontrol inkluderer:
- Det producerer pludselige ændringer i systemet, som kan forårsage negative effekter på det produkt eller den proces, der kontrolleres.
- Det er muligvis ikke i stand til at opretholde det ønskede sætpunkt nøjagtigt, især i systemer med store termiske masser.
- Det kan forårsage slitage på de elektriske kontakter og relæer, hvilket fører til hyppige udskiftninger.
Lineær kontrol: Kunsten at opretholde ønskede output
Lineær styringsteori er baseret på flere principper, der styrer, hvordan lineære styringssystemer opfører sig. Disse principper omfatter:
- Princippet om at ignorere uønskede effekter: Dette princip forudsætter, at alle uønskede effekter af systemet kan ignoreres.
- Additivitetsprincippet: Dette princip følger konceptet om, at output fra et lineært system er summen af output produceret af hvert input, der virker alene.
- Superpositionsprincippet: Dette princip antager, at output fra et lineært system er summen af output produceret af hver input, der virker alene.
Det ikke-lineære tilfælde
Hvis et system ikke overholder principperne om additivitet og homogenitet, betragtes det som ikke-lineært. I dette tilfælde er den definerende ligning typisk et kvadrat af led. Ikke-lineære systemer opfører sig ikke på samme måde som lineære systemer og kræver forskellige styringsmetoder.
The Fuzzy Logic: Et dynamisk kontrolsystem
Fuzzy logic er en type kontrolsystem, der bruger fuzzy sæt til at konvertere et inputsignal til et outputsignal. Det er en matematisk struktur, der analyserer analoge inputværdier i form af logiske variabler, der antager kontinuerte værdier mellem 0 og 1. Fuzzy logic er et dynamisk styresystem, der kan håndtere ændringer i inputsignalet og justere udgangssignalet derefter.
Eksempler på Fuzzy Logic in Action
Fuzzy logic bruges på mange områder til at udføre en lang række kontrolopgaver. Her er nogle eksempler:
- Vandbehandling: Fuzzy logik bruges til at kontrollere strømmen af vand gennem et renseanlæg. Systemet justerer strømningshastigheden baseret på vandets aktuelle tilstand og den ønskede outputkvalitet.
- HVAC-systemer: Fuzzy logik bruges til at styre temperaturen og fugtigheden i en bygning. Systemet justerer temperatur og luftfugtighed baseret på bygningens aktuelle tilstand og det ønskede komfortniveau.
- Trafikkontrol: Fuzzy logik bruges til at kontrollere strømmen af trafik gennem et vejkryds. Systemet justerer tidspunktet for trafiklysene baseret på de aktuelle trafikforhold.
Konklusion
Så kontrolsystemer bruges til at kontrollere processer i mange industrier, og de involverer design, implementering og vedligeholdelse af et system, der opretholder et konsistent output på trods af ændringer i input.
Du kan ikke gå galt med et kontrolsystem, så vær ikke bange for at bruge et i dit næste projekt! Så gå videre og kontroller din verden!
Jeg er Joost Nusselder, grundlæggeren af Tools Doctor, content marketinger og far. Jeg elsker at prøve nyt udstyr, og sammen med mit team har jeg lavet dybtgående blogartikler siden 2016 for at hjælpe loyale læsere med værktøjer og håndværkstips.
