Juhtimissüsteemid: sissejuhatus avatud ja suletud ahelaga juhtimisse

Juhtsüsteeme kasutatakse seadeväärtuse või soovitud väljundi säilitamiseks sisendsignaali reguleerimise teel. Juhtimissüsteemid võivad olla avatud või suletud ahelaga. Avatud ahelaga juhtimissüsteemidel pole tagasisideahelat ja suletud ahela juhtimissüsteemidel on.

Selles artiklis selgitan, mis on juhtimissüsteemid, kuidas need töötavad ja kuidas neid igapäevaelus kasutatakse. Lisaks jagan lõbusaid fakte juhtimissüsteemide kohta, mida te ei pruugi teada!

Juhtimissüsteemid – projekteerimise ja rakendamise kunst

Juhtimissüsteemid hõlmavad konkreetse väljundi seadistamise ja säilitamise protsessi sisendsignaali reguleerimise teel. Eesmärk on toota korrektne ja järjepidev väljund, hoolimata sisendi esialgsetest muudatustest. Protsess hõlmab mitmeid etappe, sealhulgas järgmist:

• Sisendaste: kus võetakse vastu sisendsignaal
• Töötlemise etapp: kus signaali töödeldakse ja analüüsitakse
• Väljundaste: kus toodetakse väljundsignaal

Juhtimissüsteemide roll tootmises

Juhtimissüsteemid mängivad paljudes tööstusharudes tootmises ja levitamises olulist rolli. Nende süsteemide rakendamiseks kasutatakse sageli automatiseerimistehnoloogiat, mis võib olla väga keerukas ja kulukas. Suurepärase juhtimissüsteemi loomiseks on vaja järgmisi elemente:

• Hea arusaam kontrollitavast süsteemist
• Oskus kavandada ja rakendada õiget tüüpi juhtimissüsteemi
• Standardsete disainilahenduste ja tehnikate pakett, mida saab konkreetsetes olukordades rakendada

Juhtimissüsteemi loomise etapid

Juhtimissüsteemi loomise protsess hõlmab järgmisi samme:

• Süsteemi struktuuri kavandamine: see hõlmab vajaliku juhtimissüsteemi tüübi ja kaasatavate komponentide kindlaksmääramist
• Süsteemi juurutamine: see hõlmab süsteemi hoolikat ülesehitamist ja testide läbiviimist, et tagada selle korrektne töö
• Süsteemi hooldamine: see hõlmab süsteemi jõudluse jälgimist aja jooksul ja vajalike muudatuste tegemist tagamaks, et süsteem jätkab korrektset toimimist.

Avatud ja suletud ahelaga juhtimine: erinevus isekorrektsiooni ja fikseeritud väljundi vahel

Avatud ahelaga juhtimissüsteeme tuntakse ka kui tagasisideta juhtimissüsteeme. Nendel süsteemidel on fikseeritud väljund, mida ei reguleerita ühegi sisendi või tagasiside põhjal. Avatud ahelaga juhtimissüsteemi struktuur on tüüpiline ja sisaldab sisendit, seadepunkti ja väljundit. Sisend on signaal, mida kasutatakse soovitud väljundi saamiseks. Seadepunkt on väljundi sihtväärtus. Väljund on töötamise protsessi tulemus.

Avatud ahelaga juhtimissüsteemide näited on järgmised:

• Röster: hoob asetatakse sisselülitatud faasi ja mähised kuumutatakse kindla temperatuurini. Röster jääb soojendatuks määratud ajani ja röstsai hüppab üles.
• Püsikiiruse regulaator sõidukis: juhtnupud on seatud säilitama fikseeritud kiirust. Süsteem ei kohane vastavalt muutuvatele tingimustele, nagu mäed või tuul.

Suletud ahela juhtimine: isekorrigeerimine ühtlase väljundi tagamiseks

Suletud ahelaga juhtimissüsteemidel, mida tuntakse ka tagasiside juhtimissüsteemidena, on järjepideva väljundi säilitamiseks võimalik ise korrigeerida. Erinevus avatud ahelaga ja suletud ahelaga süsteemi vahel seisneb selles, et suletud ahelaga süsteemil on võime ise korrigeerida, samas kui avatud ahelaga süsteemil mitte. Suletud ahelaga juhtimissüsteemi struktuur sarnaneb avatud ahelaga süsteemi omaga, kuid sisaldab tagasisideahelat. Tagasiside ahel viib väljundist sisendisse, võimaldades süsteemil pidevalt jälgida ja kohandada vastavalt muutuvatele tingimustele.

Suletud ahelaga juhtimissüsteemide näited on järgmised:

• Temperatuuri reguleerimine ruumis: süsteem reguleerib kütmist või jahutust vastavalt ruumi temperatuurile, et hoida ühtlast temperatuuri.
• Võimendi juhtimine helisüsteemis: süsteem reguleerib võimendust väljundi alusel, et säilitada ühtlane helitase.

Tagasiside juhtimissüsteemid: juhtimine järgmisele tasemele

Tagasiside juhtimissüsteemid on teatud tüüpi juhtimissüsteemid, mis kasutavad sisendi juhtimiseks protsessi väljundit. Teisisõnu, süsteem saab juhitavast protsessist signaali ja kasutab seda signaali sisendi reguleerimiseks soovitud väljundi saavutamiseks.

Tagasiside juhtimissüsteemidega seotud skeemid ja nimed

Tagasiside juhtimissüsteemidega on seotud mitu diagrammi ja nimetust, sealhulgas:

• Plokkskeemid: need näitavad tagasiside juhtimissüsteemi komponente ja nende ühendamist.
• Edastusfunktsioonid: need kirjeldavad süsteemi sisendi ja väljundi vahelist suhet.
• Suletud ahelaga süsteemid: need on tagasiside juhtimissüsteemid, kus väljund suunatakse tagasi sisendisse, et säilitada soovitud väljund.
• Avatud ahelaga süsteemid: need on tagasiside juhtimissüsteemid, mille puhul väljundit ei suunata tagasi sisendisse.

Loogiline juhtimine: lihtsustatud ja tõhusad juhtimissüsteemid

Loogiline juhtimine on juhtimissüsteemi tüüp, mis kasutab otsuste tegemiseks ja protsesside juhtimiseks Boole'i ​​loogikat või muid loogilisi operatsioone. See on lihtsustatud ja tõhus juhtimissüsteem, mida kasutatakse laialdaselt erinevates tööstusharudes, sealhulgas tootmises, tootmises ja elektrotehnikas.

Kuidas loogiline juhtimine töötab?

Loogilised juhtimissüsteemid on loodud käsitlema mitmesuguseid sisendeid ja tootma soovitud väljundit. Põhiline töömeetod on järgmine:

• Süsteem võtab vastu sisendsignaali, mis on tavaliselt elektrivoolu kujul.
• Seejärel võrreldakse sisendsignaali seatud väärtuse või punktiga, mis salvestatakse süsteemi.
• Kui sisendsignaal on õige, sooritab süsteem kindla toimingu või lülitub kindlale seadistusele.
• Kui sisendsignaal on vale, jätkab süsteem sisendi vastuvõtmist kuni õige väärtuseni.

Loogiliste juhtimissüsteemide näited

Loogilisi juhtimissüsteeme kasutatakse paljudes rakendustes, sealhulgas:

• Valgusfoorid: foorid kasutavad loogilist juhtimist, et lülituda punase, kollase ja rohelise tule vahel vastavalt liiklusvoolule.
• Tööstusrobotid: Tööstusrobotid kasutavad loogilist juhtimist keerukate ülesannete (nt keevitamine, värvimine ja montaaž) täitmiseks.
• Automaatsed pesumasinad: automaatsed pesumasinad kasutavad loogilist juhtimist, et lülituda erinevate pesutsüklite ja temperatuuride vahel vastavalt kasutaja sisendile.

Sisse-välja juhtimine: lihtsaim meetod temperatuuri reguleerimiseks

Sisse-välja juhtimist rakendatakse ajalooliselt ühendatud releede, nukk-taimerite ja lülitite abil, mis on konstrueeritud redeli järgi. Kuid tehnoloogia arenedes saab nüüd sisse-välja juhtimist teostada mikrokontrollerite, spetsiaalsete programmeeritavate loogikakontrollerite ja muude elektrooniliste seadmete abil.

Sisse-välja-juhtimise näited

Mõned näited toodetest, mis kasutavad sisse-välja juhtimist, on järgmised:

• Kodused termostaadid, mis lülitavad küttekeha sisse, kui toatemperatuur langeb alla soovitud seadistuse ja lülitab selle välja, kui see tõuseb sellest kõrgemale.
• Külmikud, mis lülitavad kompressori sisse, kui temperatuur külmikus tõuseb soovitud temperatuurist kõrgemale ja välja, kui see langeb alla selle.
• Pesumasinad, mis kasutavad sisse-välja juhtimist erinevate omavahel seotud järjestikuste toimingute käivitamiseks.
• Pneumaatilised ajamid, mis kasutavad teatud rõhutaseme säilitamiseks sisse-välja juhtimist.

Sisse-välja-juhtimise eelised ja puudused

Sisse-välja juhtimise eelised hõlmavad järgmist:

• Selle rakendamine on lihtne ja odav.
• Seda on lihtne mõista ja teostada.
• Seda saab kasutada erinevat tüüpi masinates ja operatsioonides.

Sisse-välja juhtimise puudused hõlmavad järgmist:

• See tekitab süsteemis järske muutusi, mis võivad avaldada negatiivset mõju kontrollitavale tootele või protsessile.
• See ei pruugi suuta soovitud seadeväärtust täpselt säilitada, eriti suurte soojusmassidega süsteemides.
• See võib põhjustada elektrilülitite ja releede kulumist, mille tulemuseks on sagedased asendamised.

Lineaarne juhtimine: soovitud väljundite säilitamise kunst

Lineaarse juhtimise teooria põhineb mitmel põhimõttel, mis juhivad lineaarsete juhtimissüsteemide käitumist. Need põhimõtted hõlmavad järgmist:

• Soovimatute mõjude ignoreerimise põhimõte: see põhimõte eeldab, et süsteemi kõiki soovimatuid mõjusid saab ignoreerida.
• Aditiivsuse põhimõte: see põhimõte järgib põhimõtet, et lineaarse süsteemi väljund on iga eraldiseisva sisendi poolt toodetud väljundite summa.
• Superpositsiooni põhimõte: see põhimõte eeldab, et lineaarse süsteemi väljund on iga eraldiseisva sisendi tekitatud väljundite summa.

Mittelineaarne juhtum

Kui süsteem ei järgi aditiivsuse ja homogeensuse põhimõtteid, loetakse see mittelineaarseks. Sel juhul on defineeriv võrrand tavaliselt liikmete ruut. Mittelineaarsed süsteemid ei käitu samamoodi kui lineaarsed süsteemid ja vajavad erinevaid juhtimismeetodeid.

Häguloogika: dünaamiline juhtimissüsteem

Hägusloogika on teatud tüüpi juhtimissüsteem, mis kasutab sisendsignaali väljundsignaaliks teisendamiseks hägusaid komplekte. See on matemaatiline struktuur, mis analüüsib analoogsisendi väärtusi loogiliste muutujate kaudu, mis võtavad pidevaid väärtusi vahemikus 0 kuni 1. Hägusloogika on dünaamiline juhtimissüsteem, mis suudab käsitleda sisendsignaali muutusi ja reguleerida väljundsignaali vastavalt.

Häguse loogika näited tegevuses

Hägusloogikat kasutatakse paljudes valdkondades mitmesuguste juhtimisülesannete täitmiseks. siin on mõned näidised:

• Veetöötlus: Puhastusjaama läbiva veevoolu juhtimiseks kasutatakse hägusloogikat. Süsteem reguleerib voolukiirust vastavalt vee hetkeseisule ja soovitud väljundkvaliteedile.
• HVAC-süsteemid: hoone temperatuuri ja niiskuse reguleerimiseks kasutatakse hägusloogikat. Süsteem reguleerib temperatuuri ja õhuniiskust lähtuvalt hoone hetkeseisust ja soovitud mugavustasemest.
• Liiklusjuhtimine: ristmikku läbiva liiklusvoo juhtimiseks kasutatakse hägusloogikat. Süsteem kohandab fooride ajastust lähtuvalt hetke liiklusoludest.

Järeldus

Seega kasutatakse juhtimissüsteeme protsesside juhtimiseks paljudes tööstusharudes ning need hõlmavad süsteemi kavandamist, juurutamist ja hooldamist, mis säilitab järjepideva väljundi vaatamata sisendi muutustele. 

Juhtsüsteemiga ei saa valesti minna, seega ärge kartke seda oma järgmises projektis kasutada! Niisiis, minge edasi ja kontrollige oma maailma!

Olen Joost Nusselder, Tools Doctori asutaja, sisuturundaja ja isa. Mulle meeldib uusi seadmeid proovida ja olen koos oma meeskonnaga loonud põhjalikke ajaveebiartikleid alates 2016. aastast, et aidata lojaalseid lugejaid tööriistade ja meisterdamisnõuannetega.