I sistemi di controllo vengono utilizzati per mantenere un setpoint o un'uscita desiderata regolando un segnale di ingresso. I sistemi di controllo possono essere ad anello aperto o ad anello chiuso. I sistemi di controllo a ciclo aperto non hanno un ciclo di feedback e i sistemi di controllo a ciclo chiuso sì.
In questo articolo spiegherò cosa sono i sistemi di controllo, come funzionano e come vengono utilizzati nella vita di tutti i giorni. Inoltre, condividerò alcuni fatti divertenti sui sistemi di controllo che potresti non conoscere!
In questo post parleremo di:
- Sistemi di controllo: l'arte di progettare e implementare
- Controllo ad anello aperto e ad anello chiuso: la differenza tra autocorrezione e uscita fissa
- Sistemi di controllo del feedback: portare il controllo al livello successivo
- Controllo logico: sistemi di controllo semplificati ed efficaci
- Controllo On-Off: il metodo più semplice per controllare la temperatura
- Controllo lineare: l'arte di mantenere gli output desiderati
- La logica fuzzy: un sistema di controllo dinamico
- Conclusione
Sistemi di controllo: l'arte di progettare e implementare
I sistemi di controllo implicano il processo di impostazione e mantenimento di una particolare uscita regolando il segnale di ingresso. L'obiettivo è produrre un output corretto e coerente, nonostante eventuali modifiche iniziali nell'input. Il processo prevede una serie di fasi, tra cui le seguenti:
- Stadio di ingresso: dove viene ricevuto il segnale di ingresso
- Fase di elaborazione: dove il segnale viene elaborato e analizzato
- Stadio di uscita: dove viene prodotto il segnale di uscita
Il ruolo dei sistemi di controllo nella produzione
I sistemi di controllo svolgono un ruolo significativo nella produzione e distribuzione in molti settori. La tecnologia di automazione viene spesso utilizzata per implementare questi sistemi, che possono essere molto complessi e costosi da costruire. Per creare un eccellente sistema di controllo sono necessari i seguenti elementi:
- Una buona comprensione del sistema controllato
- La capacità di progettare e implementare il tipo corretto di sistema di controllo
- Un pacchetto di design e tecniche standard che possono essere applicati a situazioni particolari
I passaggi coinvolti nella creazione di un sistema di controllo
Il processo di creazione di un sistema di controllo prevede le seguenti fasi:
- Progettazione della struttura del sistema: comporta la determinazione del tipo di sistema di controllo richiesto e dei componenti che saranno inclusi
- Implementazione del sistema: ciò comporta la costruzione attenta del sistema e l'esecuzione di test per garantire che funzioni correttamente
- Manutenzione del sistema: si tratta di monitorare le prestazioni del sistema nel tempo e apportare le modifiche necessarie per garantire che continui a funzionare correttamente
Controllo ad anello aperto e ad anello chiuso: la differenza tra autocorrezione e uscita fissa
I sistemi di controllo ad anello aperto sono anche noti come controlli senza feedback. Questi sistemi hanno un'uscita fissa che non viene regolata sulla base di alcun input o feedback. La struttura di un sistema di controllo ad anello aperto è tipica e comprende un ingresso, un set point e un'uscita. L'input è il segnale utilizzato per produrre l'output desiderato. Il set point è il valore target per l'uscita. L'output è il risultato del processo in esecuzione.
Esempi di sistemi di controllo ad anello aperto includono:
- Un tostapane: la leva viene posizionata nella fase "on" e le bobine vengono riscaldate a una temperatura fissa. Il tostapane rimane riscaldato fino all'ora stabilita e il toast si apre.
- Un cruise control in un veicolo: i controlli sono impostati per mantenere una velocità fissa. Il sistema non si regola in base al cambiamento delle condizioni, come colline o vento.
Controllo a circuito chiuso: autocorrezione per un output coerente
I sistemi di controllo a circuito chiuso, noti anche come sistemi di controllo del feedback, hanno la capacità di auto-correggersi per mantenere un output coerente. La differenza tra un sistema a ciclo aperto e un sistema a ciclo chiuso è che il sistema a ciclo chiuso ha la capacità di auto-correggersi mentre il sistema a ciclo aperto no. La struttura di un sistema di controllo ad anello chiuso è simile a quella di un sistema ad anello aperto, ma include un anello di retroazione. Il circuito di feedback conduce dall'uscita all'ingresso, consentendo al sistema di monitorare e regolare continuamente in base alle condizioni mutevoli.
Esempi di sistemi di controllo a circuito chiuso includono:
- Controllo della temperatura in una stanza: il sistema regola il riscaldamento o il raffreddamento in base alla temperatura nella stanza per mantenere una temperatura costante.
- Controllo dell'amplificazione in un sistema audio: il sistema regola l'amplificazione in base all'uscita per mantenere un livello sonoro costante.
Sistemi di controllo del feedback: portare il controllo al livello successivo
I sistemi di controllo del feedback sono un tipo di sistema di controllo che utilizza l'output di un processo per controllare l'input. In altre parole, il sistema riceve un segnale dal processo controllato e utilizza quel segnale per regolare l'ingresso per ottenere l'uscita desiderata.
Diagrammi e nomi associati ai sistemi di controllo del feedback
Esistono diversi diagrammi e nomi associati ai sistemi di controllo del feedback, tra cui:
- Diagrammi a blocchi: mostrano i componenti del sistema di controllo del feedback e come sono collegati.
- Funzioni di trasferimento: descrivono la relazione tra l'input e l'output del sistema.
- Sistemi a circuito chiuso: si tratta di sistemi di controllo del feedback in cui l'output viene ricondotto all'input per mantenere l'output desiderato.
- Sistemi a circuito aperto: si tratta di sistemi di controllo del feedback in cui l'uscita non viene ricondotta all'ingresso.
Controllo logico: sistemi di controllo semplificati ed efficaci
Il controllo logico è un tipo di sistema di controllo che utilizza la logica booleana o altre operazioni logiche per prendere decisioni e controllare i processi. È un sistema di controllo semplificato ed efficace ampiamente utilizzato in vari settori, tra cui produzione, produzione e ingegneria elettrica.
Come funziona il controllo logico?
I sistemi di controllo logico sono progettati per gestire una varietà di input e produrre un output desiderato. Il metodo operativo di base è il seguente:
- Il sistema riceve un segnale di ingresso, che di solito è sotto forma di corrente elettrica.
- Il segnale di ingresso viene quindi confrontato con un valore o punto impostato, che viene memorizzato nel sistema.
- Se il segnale di ingresso è corretto, il sistema eseguirà un'azione specifica o passerà a un'impostazione specifica.
- Se il segnale di ingresso non è corretto, il sistema continuerà a ricevere l'input fino al raggiungimento del valore corretto.
Esempi di sistemi di controllo logico
I sistemi di controllo logico sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, tra cui:
- Semafori: i semafori utilizzano il controllo logico per alternare tra luci rosse, gialle e verdi in base al flusso del traffico.
- Robot industriali: i robot industriali utilizzano il controllo logico per eseguire attività complesse, come la saldatura, la verniciatura e l'assemblaggio.
- Lavatrici automatiche: le lavatrici automatiche utilizzano il controllo logico per passare tra diversi cicli di lavaggio e temperature in base all'input dell'utente.
Controllo On-Off: il metodo più semplice per controllare la temperatura
Il controllo On-Off è storicamente implementato utilizzando relè interconnessi, timer a camma e interruttori costruiti in una sequenza ladder. Tuttavia, con il progresso della tecnologia, il controllo on-off può ora essere eseguito utilizzando microcontrollori, controllori logici programmabili specializzati e altri dispositivi elettronici.
Esempi di controllo On-Off
Alcuni esempi di prodotti che utilizzano il controllo on-off includono:
- Termostati domestici che accendono il riscaldatore quando la temperatura ambiente scende al di sotto del valore desiderato e lo spengono quando lo superano.
- Frigoriferi che accendono il compressore quando la temperatura all'interno del frigorifero sale al di sopra della temperatura desiderata e lo spengono quando scende al di sotto di essa.
- Lavatrici che utilizzano il controllo on-off per attivare diverse operazioni sequenziali tra loro correlate.
- Attuatori pneumatici che utilizzano il controllo on-off per mantenere un determinato livello di pressione.
Vantaggi e svantaggi del controllo On-Off
I vantaggi del controllo on-off includono:
- È semplice ed economico da implementare.
- È facile da capire ed eseguire.
- Può essere utilizzato in diversi tipi di macchinari e operazioni.
Gli svantaggi del controllo on-off includono:
- Produce bruschi cambiamenti nel sistema, che possono causare effetti negativi sul prodotto o sul processo controllato.
- Potrebbe non essere in grado di mantenere accuratamente il setpoint desiderato, specialmente in sistemi con grandi masse termiche.
- Potrebbe causare l'usura degli interruttori e dei relè elettrici, portando a frequenti sostituzioni.
Controllo lineare: l'arte di mantenere gli output desiderati
La teoria del controllo lineare si basa su diversi principi che regolano il comportamento dei sistemi di controllo lineare. Questi principi includono:
- Il principio di ignorare gli effetti indesiderati: questo principio presuppone che qualsiasi effetto indesiderato del sistema possa essere ignorato.
- Il principio di additività: questo principio aderisce al concetto che l'output di un sistema lineare è la somma degli output prodotti da ciascun input che agisce da solo.
- Il principio di sovrapposizione: questo principio presuppone che l'output di un sistema lineare sia la somma degli output prodotti da ciascun input che agisce da solo.
Il caso non lineare
Se un sistema non aderisce ai principi di additività e omogeneità, è considerato non lineare. In questo caso, l'equazione che definisce è tipicamente un quadrato di termini. I sistemi non lineari non si comportano allo stesso modo dei sistemi lineari e richiedono diversi metodi di controllo.
La logica fuzzy: un sistema di controllo dinamico
La logica fuzzy è un tipo di sistema di controllo che utilizza insiemi fuzzy per convertire un segnale di ingresso in un segnale di uscita. È una struttura matematica che analizza i valori di ingresso analogici in termini di variabili logiche che assumono valori continui compresi tra 0 e 1. La logica fuzzy è un sistema di controllo dinamico in grado di gestire i cambiamenti nel segnale di ingresso e regolare di conseguenza il segnale di uscita.
Esempi di logica fuzzy in azione
La logica fuzzy viene utilizzata in molti campi per eseguire un'ampia gamma di attività di controllo. Ecco alcuni esempi:
- Trattamento dell'acqua: la logica fuzzy viene utilizzata per controllare il flusso dell'acqua attraverso un impianto di trattamento. Il sistema regola la portata in base allo stato attuale dell'acqua e alla qualità di uscita desiderata.
- Sistemi HVAC: la logica fuzzy viene utilizzata per controllare la temperatura e l'umidità in un edificio. Il sistema regola la temperatura e l'umidità in base allo stato attuale dell'edificio e al livello di comfort desiderato.
- Controllo del traffico: la logica fuzzy viene utilizzata per controllare il flusso del traffico attraverso un incrocio. Il sistema regola la temporizzazione dei semafori in base alle condizioni del traffico correnti.
Conclusione
Pertanto, i sistemi di controllo vengono utilizzati per controllare i processi in molti settori e implicano la progettazione, l'implementazione e il mantenimento di un sistema che mantenga un output coerente nonostante i cambiamenti nell'input.
Non puoi sbagliare con un sistema di controllo, quindi non aver paura di usarne uno nel tuo prossimo progetto! Quindi, vai avanti e controlla il tuo mondo!
Sono Joost Nusselder, il fondatore di Tools Doctor, marketer di contenuti e papà. Adoro provare nuove apparecchiature e, insieme al mio team, dal 2016 creo articoli di blog approfonditi per aiutare i lettori fedeli con strumenti e suggerimenti per la creazione.
