سیستم های کنترل برای حفظ نقطه تنظیم یا خروجی مورد نظر با تنظیم سیگنال ورودی استفاده می شوند. سیستم های کنترل می توانند حلقه باز یا حلقه بسته باشند. سیستم های کنترل حلقه باز حلقه بازخورد ندارند و سیستم های کنترل حلقه بسته دارای حلقه هستند.
در این مقاله، من توضیح خواهم داد که سیستم های کنترل چیست، چگونه کار می کنند و چگونه در زندگی روزمره استفاده می شوند. به علاوه، من حقایق جالبی در مورد سیستم های کنترلی که ممکن است ندانید را به اشتراک بگذارم!
در این پست به موارد زیر می پردازیم:
- سیستم های کنترل - هنر طراحی و پیاده سازی
- کنترل حلقه باز و حلقه بسته: تفاوت بین خود تصحیح و خروجی ثابت
- سیستم های کنترل بازخورد: آوردن کنترل به سطح بعدی
- کنترل منطقی: سیستم های کنترل ساده و موثر
- کنترل روشن و خاموش: ساده ترین روش برای کنترل دما
- کنترل خطی: هنر حفظ خروجی های مورد نظر
- منطق فازی: یک سیستم کنترل پویا
- نتیجه
سیستم های کنترل - هنر طراحی و پیاده سازی
سیستم های کنترل شامل فرآیند تنظیم و حفظ یک خروجی خاص با تنظیم سیگنال ورودی است. هدف این است که با وجود هر گونه تغییر اولیه در ورودی، خروجی صحیح و ثابتی تولید کنیم. این فرآیند شامل چندین مرحله است، از جمله:
- مرحله ورودی: جایی که سیگنال ورودی دریافت می شود
- مرحله پردازش: جایی که سیگنال پردازش و تجزیه و تحلیل می شود
- مرحله خروجی: جایی که سیگنال خروجی تولید می شود
نقش سیستم های کنترل در تولید
سیستم های کنترل نقش بسزایی در تولید و توزیع در بسیاری از صنایع دارند. فناوری اتوماسیون اغلب برای پیاده‌سازی این سیستم‌ها استفاده می‌شود که ساخت آنها می‌تواند بسیار پیچیده و پرهزینه باشد. عناصر زیر برای ایجاد یک سیستم کنترل عالی مورد نیاز است:
- درک خوبی از سیستم تحت کنترل
- توانایی طراحی و اجرای صحیح نوع سیستم کنترل
- بسته ای از طرح ها و تکنیک های استاندارد که می تواند در موقعیت های خاص اعمال شود
مراحل مربوط به ایجاد یک سیستم کنترل
فرآیند ایجاد یک سیستم کنترل شامل مراحل زیر است:
- طراحی ساختار سیستم: این شامل تعیین نوع سیستم کنترل مورد نیاز و اجزای مورد نیاز است.
- پیاده‌سازی سیستم: این شامل ساخت دقیق سیستم و اجرای آزمایش‌ها برای اطمینان از عملکرد صحیح آن است.
- نگهداری سیستم: این شامل نظارت بر عملکرد سیستم در طول زمان و ایجاد هرگونه تغییر لازم برای اطمینان از ادامه عملکرد صحیح آن است.
کنترل حلقه باز و حلقه بسته: تفاوت بین خود تصحیح و خروجی ثابت
سیستم های کنترل حلقه باز به عنوان کنترل های بدون بازخورد نیز شناخته می شوند. این سیستم ها خروجی ثابتی دارند که بر اساس هیچ ورودی یا بازخوردی تنظیم نمی شود. ساختار یک سیستم کنترل حلقه باز معمولی است و شامل یک ورودی، یک نقطه تنظیم و یک خروجی است. ورودی سیگنالی است که برای تولید خروجی مورد نظر استفاده می شود. نقطه تنظیم مقدار هدف برای خروجی است. خروجی نتیجه فرآیند در حال اجرا است.
نمونه هایی از سیستم های کنترل حلقه باز عبارتند از:
- توستر: اهرم در فاز "روشن" قرار می گیرد و کویل ها تا دمای ثابت گرم می شوند. توستر تا زمان مقرر گرم می ماند و نان تست بالا می آید.
- کروز کنترل در یک وسیله نقلیه: کنترل ها برای حفظ سرعت ثابت تنظیم شده اند. این سیستم بر اساس شرایط متغیر مانند تپه ها یا باد تنظیم نمی شود.
کنترل حلقه بسته: خود تصحیح برای خروجی ثابت
سیستم‌های کنترل حلقه بسته، که به عنوان سیستم‌های کنترل بازخورد نیز شناخته می‌شوند، توانایی اصلاح خود را برای حفظ خروجی ثابت دارند. تفاوت بین سیستم حلقه باز و حلقه بسته در این است که سیستم حلقه بسته توانایی اصلاح خود را دارد در حالی که سیستم حلقه باز این قابلیت را ندارد. ساختار یک سیستم کنترل حلقه بسته شبیه به یک سیستم حلقه باز است، اما شامل یک حلقه بازخورد است. حلقه بازخورد از خروجی به ورودی هدایت می‌شود و به سیستم اجازه می‌دهد تا به طور مداوم بر اساس شرایط متغیر نظارت و تنظیم کند.
نمونه هایی از سیستم های کنترل حلقه بسته عبارتند از:
- کنترل دما در یک اتاق: سیستم گرمایش یا سرمایش را بر اساس دمای اتاق تنظیم می کند تا دمای ثابتی را حفظ کند.
- کنترل تقویت در یک سیستم صوتی: سیستم تقویت را بر اساس خروجی تنظیم می کند تا سطح صدای ثابتی را حفظ کند.
سیستم های کنترل بازخورد: آوردن کنترل به سطح بعدی
سیستم های کنترل بازخورد نوعی سیستم کنترلی هستند که از خروجی یک فرآیند برای کنترل ورودی استفاده می کنند. به عبارت دیگر، سیستم سیگنالی را از فرآیند تحت کنترل دریافت می کند و از آن سیگنال برای تنظیم ورودی برای رسیدن به خروجی مورد نظر استفاده می کند.
نمودارها و نام‌های مرتبط با سیستم‌های کنترل بازخورد
چندین نمودار و نام مرتبط با سیستم های کنترل بازخورد وجود دارد، از جمله:
- بلوک دیاگرام ها: اجزای سیستم کنترل بازخورد و نحوه اتصال آنها را نشان می دهد.
- توابع انتقال: اینها رابطه بین ورودی و خروجی سیستم را توصیف می کنند.
- سیستم های حلقه بسته: سیستم های کنترل بازخوردی هستند که در آن خروجی به ورودی باز می گردد تا خروجی مورد نظر حفظ شود.
- سیستم های حلقه باز: سیستم های کنترل بازخوردی هستند که خروجی به ورودی باز نمی گردد.
کنترل منطقی: سیستم های کنترل ساده و موثر
کنترل منطقی نوعی سیستم کنترلی است که از منطق بولی یا سایر عملیات منطقی برای تصمیم گیری و کنترل فرآیندها استفاده می کند. این یک سیستم کنترل ساده و موثر است که به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله تولید، ساخت و مهندسی برق استفاده می شود.
کنترل منطقی چگونه کار می کند؟
سیستم های کنترل منطقی برای مدیریت انواع ورودی ها و تولید خروجی دلخواه طراحی شده اند. روش اصلی عملیات به شرح زیر است:
- سیستم سیگنال ورودی را دریافت می کند که معمولاً به شکل جریان الکتریکی است.
- سپس سیگنال ورودی با یک مقدار یا نقطه تنظیم شده مقایسه می شود که در سیستم ذخیره می شود.
- اگر سیگنال ورودی درست باشد، سیستم یک عمل خاص را انجام می دهد یا به یک تنظیم خاص تغییر می کند.
- اگر سیگنال ورودی نادرست باشد، سیستم تا رسیدن به مقدار صحیح به دریافت ورودی ادامه می دهد.
نمونه هایی از سیستم های کنترل منطقی
سیستم های کنترل منطقی در طیف گسترده ای از کاربردها استفاده می شوند، از جمله:
- چراغ های راهنمایی: چراغ های راهنمایی از کنترل منطقی برای جابه جایی بین چراغ های قرمز، زرد و سبز بر اساس جریان ترافیک استفاده می کنند.
- روبات های صنعتی: ربات های صنعتی از کنترل منطقی برای انجام کارهای پیچیده مانند جوشکاری، رنگ آمیزی و مونتاژ استفاده می کنند.
- ماشین‌های لباسشویی اتوماتیک: ماشین‌های لباسشویی خودکار از کنترل منطقی برای جابه‌جایی بین چرخه‌های شستشو و دماهای مختلف بر اساس ورودی کاربر استفاده می‌کنند.
کنترل روشن و خاموش: ساده ترین روش برای کنترل دما
کنترل روشن-خاموش از لحاظ تاریخی با استفاده از رله‌های به هم پیوسته، تایمرهای بادامک و سوئیچ‌هایی که به صورت نردبانی ساخته می‌شوند، اجرا می‌شود. با این حال، با پیشرفت تکنولوژی، اکنون می توان کنترل روشن و خاموش را با استفاده از میکروکنترلرها، کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی تخصصی و سایر دستگاه های الکترونیکی انجام داد.
نمونه هایی از کنترل خاموش
چند نمونه از محصولاتی که از کنترل روشن و خاموش استفاده می کنند عبارتند از:
- ترموستات های خانگی که هنگامی که دمای اتاق کمتر از حد مطلوب می شود، بخاری را روشن می کنند و زمانی که از آن بالاتر رفت آن را خاموش می کنند.
- یخچال هایی که با بالا رفتن دمای داخل یخچال از دمای مطلوب، کمپرسور را روشن می کنند و زمانی که دمای یخچال به پایین تر می رود آن را خاموش می کنند.
- ماشین‌های لباسشویی که از کنترل خاموش و روشن برای راه‌اندازی عملیات‌های متوالی مرتبط با یکدیگر استفاده می‌کنند.
- محرک های پنوماتیکی که از کنترل روشن و خاموش برای حفظ سطح فشار معین استفاده می کنند.
مزایا و معایب کنترل خاموش
مزایای کنترل روشن و خاموش عبارتند از:
- اجرای آن ساده و ارزان است.
- درک و اجرا آسان است.
- می توان از آن در انواع ماشین آلات و عملیات استفاده کرد.
معایب کنترل روشن و خاموش عبارتند از:
- تغییرات ناگهانی در سیستم ایجاد می کند که می تواند اثرات منفی بر محصول یا فرآیند تحت کنترل داشته باشد.
- ممکن است نتواند به طور دقیق نقطه تنظیم مورد نظر را حفظ کند، به خصوص در سیستم هایی با جرم حرارتی زیاد.
- ممکن است باعث ساییدگی و پارگی روی کلیدها و رله‌های برق شود که منجر به تعویض مکرر شود.
کنترل خطی: هنر حفظ خروجی های مورد نظر
تئوری کنترل خطی مبتنی بر چندین اصل است که بر نحوه رفتار سیستم های کنترل خطی حاکم است. این اصول عبارتند از:
- اصل نادیده گرفتن اثرات نامطلوب: این اصل فرض می کند که هر گونه اثرات نامطلوب سیستم را می توان نادیده گرفت.
- اصل افزایش پذیری: این اصل به این مفهوم پایبند است که خروجی یک سیستم خطی مجموع خروجی های تولید شده توسط هر ورودی به تنهایی است.
- اصل برهم نهی: این اصل فرض می کند که خروجی یک سیستم خطی مجموع خروجی های تولید شده توسط هر ورودی به تنهایی است.
مورد غیر خطی
اگر سیستمی اصول افزایشی و همگنی را رعایت نکند، غیرخطی محسوب می شود. در این مورد، معادله تعریف کننده معمولاً یک مربع از جمله است. سیستم های غیرخطی مانند سیستم های خطی رفتار نمی کنند و به روش های مختلف کنترل نیاز دارند.
منطق فازی: یک سیستم کنترل پویا
منطق فازی نوعی سیستم کنترلی است که از مجموعه های فازی برای تبدیل سیگنال ورودی به سیگنال خروجی استفاده می کند. این یک ساختار ریاضی است که مقادیر ورودی آنالوگ را بر حسب متغیرهای منطقی که مقادیر پیوسته ای بین 0 و 1 می گیرند، تجزیه و تحلیل می کند. منطق فازی یک سیستم کنترل پویا است که می تواند تغییرات سیگنال ورودی را مدیریت کرده و سیگنال خروجی را بر اساس آن تنظیم کند.
نمونه هایی از منطق فازی در عمل
منطق فازی در بسیاری از زمینه ها برای انجام طیف وسیعی از وظایف کنترلی استفاده می شود. در اینجا چند نمونه آورده شده است:
- تصفیه آب: منطق فازی برای کنترل جریان آب از طریق تصفیه خانه استفاده می شود. این سیستم میزان جریان را بر اساس وضعیت فعلی آب و کیفیت خروجی مطلوب تنظیم می کند.
- سیستم های HVAC: منطق فازی برای کنترل دما و رطوبت در یک ساختمان استفاده می شود. این سیستم دما و رطوبت را بر اساس وضعیت فعلی ساختمان و سطح راحتی مطلوب تنظیم می کند.
- کنترل ترافیک: منطق فازی برای کنترل جریان ترافیک از طریق یک تقاطع استفاده می شود. این سیستم زمان بندی چراغ های راهنمایی را بر اساس شرایط فعلی ترافیک تنظیم می کند.
نتیجه
بنابراین، سیستم‌های کنترل برای کنترل فرآیندها در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند و شامل طراحی، پیاده‌سازی و نگهداری سیستمی می‌شوند که با وجود تغییرات در ورودی، خروجی ثابتی را حفظ کند.
شما نمی توانید با یک سیستم کنترل اشتباه کنید، بنابراین از استفاده از آن در پروژه بعدی خود نترسید! بنابراین، پیش بروید و دنیای خود را کنترل کنید!
من Joost Nusselder، بنیانگذار Tools Doctor، بازاریاب محتوا، و پدر هستم. من عاشق امتحان کردن تجهیزات جدید هستم و به همراه تیمم از سال 2016 مقالات وبلاگ عمیقی ایجاد کرده‌ام تا به خوانندگان وفادار با ابزار و نکات کاردستی کمک کنم.
