制御システムは、入力信号を調整して設定値または目的の出力を維持するために使用されます。 制御システムは、開ループまたは閉ループにすることができます。 開ループ制御システムにはフィードバック ループがなく、閉ループ制御システムにはあります。
この記事では、制御システムとは何か、それらがどのように機能し、日常生活でどのように使用されているかについて説明します。 さらに、あなたが知らないかもしれない制御システムに関するいくつかの楽しい事実を共有します!
この投稿では、以下について説明します。
制御システム - 設計と実装の技術
制御システムには、入力信号を調整して特定の出力を設定および維持するプロセスが含まれます。 目標は、入力の最初の変更にもかかわらず、正確で一貫した出力を生成することです。 このプロセスには、次のようないくつかの段階が含まれます。
- 入力段: 入力信号が受信される場所
- 処理段階: 信号が処理および分析される場所
- 出力ステージ: 出力信号が生成される場所
生産における制御システムの役割
制御システムは、多くの業界で生産と流通において重要な役割を果たしています。 多くの場合、これらのシステムの実装には自動化テクノロジが使用されますが、これらのシステムは非常に複雑で構築に費用がかかる可能性があります。 優れた制御システムを作成するには、次の要素が必要です。
- 制御されているシステムの十分な理解
- 正しいタイプの制御システムを設計および実装する能力
- 特定の状況に適用できる標準的なデザインとテクニックのパッケージ
制御システムの作成に含まれる手順
制御システムを作成するプロセスには、次の手順が含まれます。
- システム構造の設計: これには、必要な制御システムのタイプと含まれるコンポーネントの決定が含まれます。
- システムの実装: これには、システムを慎重に構築し、テストを実行して正しく動作することを確認することが含まれます。
- システムの保守: これには、システムのパフォーマンスを長期にわたって監視し、システムが正しく機能し続けるために必要な変更を加えることが含まれます。
開ループ制御と閉ループ制御: 自己補正と固定出力の違い
開ループ制御システムは、非フィードバック制御とも呼ばれます。 これらのシステムには、入力やフィードバックに基づいて調整されない固定出力があります。 開ループ制御システムの構造は典型的なもので、入力、設定点、および出力が含まれます。 入力は、目的の出力を生成するために使用される信号です。 設定値は、出力の目標値です。 出力は、実行中のプロセスの結果です。
開ループ制御システムの例は次のとおりです。
- トースター: レバーを「オン」にすると、コイルが一定の温度に加熱されます。 トースターは指定の時間まで加熱され、トーストがポップアップします。
- 車両のクルーズ コントロール: コントロールは一定の速度を維持するように設定されています。 システムは、丘や風などの状況の変化に基づいて調整されません。
閉ループ制御: 一貫した出力のための自己補正
フィードバック制御システムとも呼ばれる閉ループ制御システムには、一貫した出力を維持するための自己修正機能があります。 開ループ システムと閉ループ システムの違いは、閉ループ システムには自己修正機能がありますが、開ループ システムにはありません。 閉ループ制御システムの構造は開ループ システムの構造と似ていますが、フィードバック ループが含まれています。 フィードバック ループは出力から入力につながるため、システムは状況の変化に基づいて継続的に監視および調整できます。
閉ループ制御システムの例は次のとおりです。
- 部屋の温度制御: システムは部屋の温度に基づいて暖房または冷房を調整し、一定の温度を維持します。
- サウンド システムの増幅制御: システムは出力に基づいて増幅を調整し、一貫したサウンド レベルを維持します。
フィードバック制御システム: 制御を次のレベルに引き上げる
フィードバック制御システムは、プロセスの出力を使用して入力を制御する一種の制御システムです。 言い換えれば、システムは制御されているプロセスから信号を受け取り、その信号を使用して入力を調整し、目的の出力を達成します。
フィードバック制御システムに関連する図と名前
次のような、フィードバック制御システムに関連するいくつかの図と名前があります。
- ブロック ダイアグラム: これらは、フィードバック制御システムのコンポーネントとそれらがどのように接続されているかを示しています。
- 伝達関数: システムの入力と出力の関係を表します。
- 閉ループ システム: これらは、出力が入力にフィードバックされて、目的の出力が維持されるフィードバック制御システムです。
- 開ループ システム: これらは、出力が入力にフィードバックされないフィードバック制御システムです。
ロジック制御: 簡素化された効果的な制御システム
論理制御は、ブール論理またはその他の論理演算を使用して意思決定を行い、プロセスを制御する制御システムの一種です。 これは、生産、製造、および電気工学を含むさまざまな業界で広く使用されている、簡素化された効果的な制御システムです。
ロジック制御はどのように機能しますか?
ロジック制御システムは、さまざまな入力を処理し、目的の出力を生成するように設計されています。 基本的な操作方法は次のとおりです。
- システムは、通常は電流の形をした入力信号を受け取ります。
- 入力信号は、システムに保存されている設定値またはポイントと比較されます。
- 入力信号が正しい場合、システムは特定のアクションを実行するか、特定の設定に切り替えます。
- 入力信号が正しくない場合、システムは正しい値に到達するまで入力を受け取り続けます。
ロジック制御システムの例
ロジック制御システムは、次のような幅広いアプリケーションで使用されています。
- 信号機: 信号機は、ロジック制御を使用して、交通の流れに基づいて赤、黄、緑の信号を切り替えます。
- 産業用ロボット: 産業用ロボットはロジック制御を使用して、溶接、塗装、組み立てなどの複雑なタスクを実行します。
- 自動洗濯機: 自動洗濯機はロジック制御を使用して、ユーザーの入力に基づいて異なる洗濯サイクルと温度を切り替えます。
オンオフ制御: 温度を制御するための最も簡単な方法
オン/オフ制御は、歴史的に相互接続されたリレー、カム タイマー、およびラダー シーケンスで構築されたスイッチを使用して実装されています。 しかし、技術の進歩により、マイクロコントローラや専用のプログラマブル ロジック コントローラなどの電子デバイスを使用してオン/オフ制御を実行できるようになりました。
オンオフ制御例
オンオフ制御を使用する製品の例としては、次のものがあります。
- 室温が希望の設定を下回るとヒーターのスイッチを入れ、それ以上になるとスイッチを切る家庭用サーモスタット。
- 冷蔵庫内の温度が設定温度より高くなると圧縮機が作動し、設定温度より低くなると圧縮機が停止する冷蔵庫。
- オンオフ制御を使用して、相互に関連するさまざまな順次操作をトリガーする洗濯機。
- 一定の圧力レベルを維持するためにオン/オフ制御を使用する空気圧アクチュエータ。
オンオフ制御のメリットとデメリット
オンオフ制御の利点は次のとおりです。
- シンプルで安価に実装できます。
- 理解しやすく、実行しやすいです。
- さまざまなタイプの機械や操作で使用できます。
オンオフ制御の欠点は次のとおりです。
- システムに急激な変化をもたらし、制御対象の製品やプロセスに悪影響を与える可能性があります。
- 特に熱質量が大きいシステムでは、目的の設定値を正確に維持できない場合があります。
- 電気スイッチやリレーの摩耗や裂傷の原因となり、頻繁な交換につながります。
線形制御: 望ましい出力を維持する技術
線形制御理論は、線形制御システムの動作を制御するいくつかの原則に基づいています。 これらの原則には以下が含まれます。
- 望ましくない影響を無視する原則: この原則は、システムの望ましくない影響を無視できることを前提としています。
- 加法性の原理: この原理は、線形システムの出力は、単独で作用する各入力によって生成される出力の合計であるという概念に準拠しています。
- 重ね合わせの原理: この原理は、線形システムの出力が、単独で作用する各入力によって生成される出力の合計であると想定しています。
非線形の場合
システムが加法性と均一性の原則に従っていない場合、そのシステムは非線形であると見なされます。 この場合、定義式は通常、項の XNUMX 乗です。 非線形システムは、線形システムと同じように動作せず、異なる制御方法を必要とします。
ファジー ロジック: 動的制御システム
ファジー ロジックは、ファジー セットを使用して入力信号を出力信号に変換する一種の制御システムです。 これは、アナログ入力値を 0 から 1 の間の連続値をとる論理変数の観点から分析する数学的構造です。ファジー ロジックは、入力信号の変化を処理し、それに応じて出力信号を調整できる動的制御システムです。
実際のファジー ロジックの例
ファジー ロジックは、さまざまな制御タスクを実行するために多くの分野で使用されています。 ここではいくつかの例を示します。
- 水処理: ファジー ロジックを使用して、処理プラントを通る水の流れを制御します。 システムは、水の現在の状態と望ましい出力品質に基づいて流量を調整します。
- HVAC システム: 建物内の温度と湿度を制御するためにファジー ロジックが使用されます。 システムは、建物の現在の状態と望ましい快適レベルに基づいて、温度と湿度を調整します。
- 交通制御: ファジー ロジックを使用して、交差点を通過する交通の流れを制御します。 システムは、現在の交通状況に基づいて信号機のタイミングを調整します。
まとめ
そのため、制御システムは多くの業界でプロセスを制御するために使用されており、入力が変化しても一貫した出力を維持するシステムを設計、実装、および維持する必要があります。
制御システムに間違いはありません。次のプロジェクトで使用することを恐れないでください。 さあ、あなたの世界をコントロールしてください！
Tools Doctorの創設者であり、コンテンツマーケティング担当者であり、お父さんであるJoostNusselderです。 私は新しい機器を試すのが大好きです。私のチームと一緒に、2016年から詳細なブログ記事を作成して、忠実な読者にツールと作成のヒントを提供しています。
