Besturingssystemen: een inleiding tot regeling met open en gesloten lus

door Joost Nusselder | Bijgewerkt op:  25 June 2022
Ik schrijf deze artikelen met veel plezier voor mijn lezers, jullie. Ik accepteer geen betaling voor het schrijven van reviews, mijn mening over producten is die van mijzelf, maar als je mijn aanbevelingen nuttig vindt en je uiteindelijk iets koopt via een van de links kan ik daar mogelijk een commissie over ontvangen. Ik wil meer informatie

Regelsystemen worden gebruikt om een ​​instelpunt of gewenste uitvoer te behouden door een ingangssignaal aan te passen. Besturingssystemen kunnen een open lus of een gesloten lus zijn. Besturingssystemen met een open lus hebben geen feedbacklus en besturingssystemen met een gesloten lus wel.

In dit artikel leg ik uit wat besturingssystemen zijn, hoe ze werken en hoe ze in het dagelijks leven worden gebruikt. Bovendien zal ik enkele leuke weetjes delen over besturingssystemen die u misschien nog niet kent!

Wat is een besturingssysteem

Besturingssystemen - De kunst van ontwerpen en implementeren

Besturingssystemen omvatten het proces van het instellen en behouden van een bepaalde output door het ingangssignaal aan te passen. Het doel is om een ​​correcte en consistente output te produceren, ondanks eventuele aanvankelijke wijzigingen in de input. Het proces omvat een aantal fasen, waaronder de volgende:

  • Ingangstrap: waar het ingangssignaal wordt ontvangen
  • Verwerkingsfase: waar het signaal wordt verwerkt en geanalyseerd
  • Uitgangstrap: waar het uitgangssignaal wordt geproduceerd

De rol van controlesystemen in productie

Besturingssystemen spelen in veel industrieën een belangrijke rol bij de productie en distributie. Automatiseringstechnologie wordt vaak gebruikt om deze systemen te implementeren, die zeer complex en duur kunnen zijn om te bouwen. De volgende elementen zijn vereist om een ​​uitstekend besturingssysteem te creëren:

  • Een goed begrip van het systeem dat wordt bestuurd
  • Het vermogen om het juiste type besturingssysteem te ontwerpen en te implementeren
  • Een pakket van standaard ontwerpen en technieken die kunnen worden toegepast op specifieke situaties

De stappen die betrokken zijn bij het creëren van een besturingssysteem

Het proces van het maken van een besturingssysteem omvat de volgende stappen:

  • De structuur van het systeem ontwerpen: dit omvat het bepalen van het vereiste type besturingssysteem en de componenten die zullen worden opgenomen
  • Implementatie van het systeem: Dit omvat het zorgvuldig bouwen van het systeem en het uitvoeren van tests om ervoor te zorgen dat het correct werkt
  • Onderhoud van het systeem: Dit omvat het bewaken van de prestaties van het systeem in de loop van de tijd en het aanbrengen van de nodige wijzigingen om ervoor te zorgen dat het correct blijft functioneren

Regeling met open en gesloten lus: het verschil tussen zelfcorrectie en vaste output

Open-loop besturingssystemen worden ook wel non-feedback-besturingen genoemd. Deze systemen hebben een vaste output die niet wordt aangepast op basis van input of feedback. De structuur van een regelsysteem met open lus is typisch en omvat een invoer, een instelpunt en een uitvoer. De input is het signaal dat wordt gebruikt om de gewenste output te produceren. Het instelpunt is de streefwaarde voor het vermogen. De uitvoer is het resultaat van het lopende proces.

Voorbeelden van regelsystemen met open lus zijn onder meer:

  • Een broodrooster: de hendel wordt in de "aan" -fase geplaatst en de spoelen worden verwarmd tot een vaste temperatuur. De broodrooster blijft tot de afgesproken tijd verwarmd en de toast komt omhoog.
  • Een cruisecontrol in een voertuig: de bedieningselementen zijn ingesteld om een ​​vaste snelheid aan te houden. Het systeem past zich niet aan op veranderende omstandigheden, zoals heuvels of wind.

Regeling met terugkoppeling: zelfcorrectie voor consistente uitvoer

Gesloten regelsystemen, ook wel feedbackregelsystemen genoemd, hebben het vermogen zichzelf te corrigeren om een ​​consistente uitvoer te behouden. Het verschil tussen een systeem met open lus en een systeem met gesloten lus is dat het systeem met gesloten lus zichzelf kan corrigeren, terwijl het systeem met open lus dat niet doet. De structuur van een regelsysteem met gesloten lus is vergelijkbaar met die van een systeem met open lus, maar het bevat een feedbacklus. De feedbacklus loopt van de uitgang naar de ingang, waardoor het systeem continu kan monitoren en aanpassen op basis van veranderende omstandigheden.

Voorbeelden van regelsystemen met gesloten lus zijn onder meer:

  • Temperatuurregeling in een kamer: Het systeem past de verwarming of koeling aan op basis van de temperatuur in de kamer om een ​​constante temperatuur te behouden.
  • Versterkingscontrole in een geluidssysteem: het systeem past de versterking aan op basis van de uitvoer om een ​​consistent geluidsniveau te behouden.

Feedbackcontrolesystemen: controle naar een hoger niveau tillen

Feedbackbesturingssystemen zijn een type besturingssysteem dat de uitvoer van een proces gebruikt om de invoer te regelen. Met andere woorden, het systeem ontvangt een signaal van het proces dat wordt bestuurd en gebruikt dat signaal om de input aan te passen om de gewenste output te bereiken.

Diagrammen en namen geassocieerd met feedbackcontrolesystemen

Er zijn verschillende diagrammen en namen die verband houden met feedbackbesturingssystemen, waaronder:

  • Blokschema's: deze tonen de componenten van het feedbackbesturingssysteem en hoe ze zijn aangesloten.
  • Overdrachtsfuncties: deze beschrijven de relatie tussen de input en output van het systeem.
  • Gesloten lussystemen: dit zijn feedbackbesturingssystemen waarbij de output wordt teruggekoppeld naar de input om de gewenste output te behouden.
  • Open-lussystemen: dit zijn feedbackbesturingssystemen waarbij de uitvoer niet wordt teruggekoppeld naar de invoer.

Logische besturing: vereenvoudigde en effectieve besturingssystemen

Logische besturing is een type besturingssysteem dat Booleaanse logica of andere logische bewerkingen gebruikt om beslissingen te nemen en processen te besturen. Het is een vereenvoudigd en effectief besturingssysteem dat veel wordt gebruikt in verschillende industrieën, waaronder productie, fabricage en elektrotechniek.

Hoe werkt logische controle?

Logische besturingssystemen zijn ontworpen om verschillende inputs te verwerken en een gewenste output te produceren. De basismethode is als volgt:

  • Het systeem ontvangt een ingangssignaal, meestal in de vorm van een elektrische stroom.
  • Het ingangssignaal wordt dan vergeleken met een ingestelde waarde of punt, die in het systeem is opgeslagen.
  • Als het ingangssignaal correct is, zal het systeem een ​​bepaalde actie uitvoeren of naar een bepaalde instelling schakelen.
  • Als het invoersignaal onjuist is, blijft het systeem invoer ontvangen totdat de juiste waarde is bereikt.

Voorbeelden van logische besturingssystemen

Logische besturingssystemen worden gebruikt in een breed scala aan toepassingen, waaronder:

  • Verkeerslichten: Verkeerslichten gebruiken logische besturing om te schakelen tussen rode, gele en groene lichten op basis van de verkeersstroom.
  • Industriële robots: Industriële robots gebruiken logische besturing om complexe taken uit te voeren, zoals lassen, schilderen en assembleren.
  • Automatische wasmachines: Automatische wasmachines gebruiken logische besturing om te schakelen tussen verschillende wascycli en temperaturen op basis van de input van de gebruiker.

Aan-uitregeling: de eenvoudigste methode voor het regelen van de temperatuur

Aan/uit-regeling is van oudsher geïmplementeerd met behulp van onderling verbonden relais, cam-timers en schakelaars die in een laddervolgorde zijn geconstrueerd. Met de vooruitgang van de technologie kan nu echter aan-uit-besturing worden uitgevoerd met behulp van microcontrollers, gespecialiseerde programmeerbare logische controllers en andere elektronische apparaten.

Voorbeelden van aan-uitregeling

Enkele voorbeelden van producten die aan/uit-regeling gebruiken, zijn:

  • Huishoudthermostaten die de verwarming inschakelen als de kamertemperatuur onder de gewenste instelling zakt en uitschakelen als deze erboven komt.
  • Koelkasten die de compressor inschakelen als de temperatuur in de koelkast boven de gewenste temperatuur komt en uitschakelen als deze eronder komt.
  • Wasmachines die aan/uit-bediening gebruiken om verschillende onderling gerelateerde sequentiële bewerkingen te activeren.
  • Pneumatische actuatoren die aan-uit-regeling gebruiken om een ​​bepaald drukniveau te behouden.

Voor- en nadelen van aan-uitregeling

Voordelen van aan/uit-regeling zijn:

  • Het is eenvoudig en goedkoop te implementeren.
  • Het is gemakkelijk te begrijpen en uit te voeren.
  • Het kan worden gebruikt in verschillende soorten machines en bewerkingen.

Nadelen van aan-uitregeling zijn:

  • Het veroorzaakt abrupte veranderingen in het systeem, die negatieve effecten kunnen hebben op het product of proces dat wordt bestuurd.
  • Het is mogelijk dat het gewenste instelpunt niet nauwkeurig kan worden gehandhaafd, vooral in systemen met grote thermische massa's.
  • Het kan slijtage aan de elektrische schakelaars en relais veroorzaken, wat leidt tot frequente vervangingen.

Lineaire regeling: de kunst van het handhaven van gewenste outputs

Lineaire regeltheorie is gebaseerd op verschillende principes die bepalen hoe lineaire regelsystemen zich gedragen. Deze principes omvatten:

  • Het principe van het negeren van ongewenste effecten: Dit principe gaat ervan uit dat eventuele ongewenste effecten van het systeem kunnen worden genegeerd.
  • Het principe van additiviteit: dit principe houdt vast aan het concept dat de output van een lineair systeem de som is van de outputs die worden geproduceerd door elke input die alleen werkt.
  • Het principe van superpositie: dit principe gaat ervan uit dat de output van een lineair systeem de som is van de outputs die worden geproduceerd door elke input die alleen werkt.

Het niet-lineaire geval

Als een systeem niet voldoet aan de principes van additiviteit en homogeniteit, wordt het als niet-lineair beschouwd. In dit geval is de bepalende vergelijking typisch een kwadraat van termen. Niet-lineaire systemen gedragen zich niet op dezelfde manier als lineaire systemen en vereisen verschillende controlemethoden.

De Fuzzy Logic: een dynamisch besturingssysteem

Fuzzy logic is een type besturingssysteem dat fuzzy sets gebruikt om een ​​ingangssignaal om te zetten in een uitgangssignaal. Het is een wiskundige structuur die analoge ingangswaarden analyseert in termen van logische variabelen die continue waarden aannemen tussen 0 en 1. Fuzzy logic is een dynamisch besturingssysteem dat veranderingen in het ingangssignaal aankan en het uitgangssignaal dienovereenkomstig aanpast.

Voorbeelden van fuzzy logic in actie

Fuzzy logic wordt op veel gebieden gebruikt om een ​​breed scala aan besturingstaken uit te voeren. Hier zijn enkele voorbeelden:

  • Waterbehandeling: Fuzzy logic wordt gebruikt om de waterstroom door een zuiveringsinstallatie te regelen. Het systeem past het debiet aan op basis van de huidige toestand van het water en de gewenste uitvoerkwaliteit.
  • HVAC-systemen: Fuzzy logic wordt gebruikt om de temperatuur en vochtigheid in een gebouw te regelen. Het systeem past de temperatuur en luchtvochtigheid aan op basis van de huidige staat van het gebouw en het gewenste comfortniveau.
  • Verkeersregeling: Fuzzy logic wordt gebruikt om de verkeersstroom door een kruispunt te regelen. Het systeem past de timing van de verkeerslichten aan op basis van de actuele verkeerssituatie.

Conclusie

In veel industrieën worden controlesystemen dus gebruikt om processen te besturen, en ze omvatten het ontwerpen, implementeren en onderhouden van een systeem dat een consistente output handhaaft ondanks veranderingen in de input. 

U kunt niet fout gaan met een besturingssysteem, dus wees niet bang om er een te gebruiken in uw volgende project! Dus ga je gang en controleer je wereld!

Ik ben Joost Nusselder, de oprichter van Tools Doctor, contentmarketeer en papa. Ik ben dol op het uitproberen van nieuwe apparatuur en samen met mijn team maak ik sinds 2016 diepgaande blogartikelen om trouwe lezers te helpen met tools en knutseltips.