Kontrollsystemer: En introduksjon til kontroll med åpen sløyfe og lukket sløyfe

Styresystemer brukes til å opprettholde et settpunkt eller ønsket utgang ved å justere et inngangssignal. Kontrollsystemer kan være åpen eller lukket sløyfe. Kontrollsystemer med åpen sløyfe har ikke en tilbakemeldingssløyfe, og kontrollsystemer med lukket sløyfe har det.

I denne artikkelen vil jeg forklare hva kontrollsystemer er, hvordan de fungerer og hvordan de brukes i hverdagen. I tillegg vil jeg dele noen morsomme fakta om kontrollsystemer du kanskje ikke vet!

Kontrollsystemer- Kunsten å designe og implementere

Kontrollsystemer involverer prosessen med å stille inn og vedlikeholde en bestemt utgang ved å justere inngangssignalet. Målet er å produsere en korrekt og konsistent utgang, til tross for eventuelle innledende endringer i input. Prosessen omfatter en rekke stadier, inkludert følgende:

• Inngangstrinn: hvor inngangssignalet mottas
• Behandlingsstadium: hvor signalet behandles og analyseres
• Utgangstrinn: hvor utgangssignalet produseres

Kontrollsystemenes rolle i produksjonen

Kontrollsystemer spiller en betydelig rolle i produksjon og distribusjon i mange bransjer. Automatiseringsteknologi brukes ofte til å implementere disse systemene, som kan være svært komplekse og kostbare å bygge. Følgende elementer kreves for å lage et utmerket kontrollsystem:

• God forståelse for systemet som styres
• Evnen til å designe og implementere riktig type kontrollsystem
• En pakke med standard design og teknikker som kan brukes i spesielle situasjoner

Trinnene involvert i å lage et kontrollsystem

Prosessen med å lage et kontrollsystem involverer følgende trinn:

• Utforming av systemets struktur: Dette innebærer å bestemme hvilken type kontrollsystem som kreves og hvilke komponenter som skal inkluderes
• Implementering av systemet: Dette innebærer å nøye konstruere systemet og kjøre tester for å sikre at det fungerer som det skal
• Vedlikeholde systemet: Dette innebærer å overvåke systemets ytelse over tid og gjøre nødvendige endringer for å sikre at det fortsetter å fungere korrekt

Åpen sløyfe og lukket sløyfe kontroll: Forskjellen mellom selvkorrigering og fast utgang

Kontrollsystemer med åpen sløyfe er også kjent som ikke-tilbakemeldingskontroller. Disse systemene har en fast utgang som ikke justeres basert på noen input eller tilbakemelding. Strukturen til et åpent sløyfekontrollsystem er typisk og inkluderer en inngang, et settpunkt og en utgang. Inngangen er signalet som brukes til å produsere ønsket utgang. Settpunktet er målverdien for utgangen. Utgangen er resultatet av prosessen som kjører.

Eksempler på åpne sløyfekontrollsystemer inkluderer:

• En brødrister: Spaken settes i "på"-fasen, og spolene varmes opp til en fast temperatur. Brødristeren forblir oppvarmet til den fastsatte tiden, og toasten spretter opp.
• En cruisekontroll i et kjøretøy: Kontrollene er satt til å opprettholde en fast hastighet. Systemet justerer seg ikke basert på skiftende forhold, som bakker eller vind.

Kontroll med lukket sløyfe: Selvkorrigering for konsistent utgang

Kontrollsystemer med lukket sløyfe, også kjent som tilbakemeldingskontrollsystemer, har evnen til å selvkorrigere for å opprettholde en konsistent utgang. Forskjellen mellom et åpent sløyfe- og et lukket sløyfesystem er at det lukkede sløyfesystemet har evnen til å selvkorrigere mens det åpne sløyfesystemet ikke gjør det. Strukturen til et kontrollsystem med lukket sløyfe ligner på det til et åpent sløyfesystem, men det inkluderer en tilbakemeldingssløyfe. Tilbakemeldingssløyfen fører fra utgangen til inngangen, slik at systemet kontinuerlig kan overvåke og justere basert på skiftende forhold.

Eksempler på kontrollsystemer med lukket sløyfe inkluderer:

• Temperaturkontroll i et rom: Systemet justerer oppvarmingen eller kjølingen basert på temperaturen i rommet for å opprettholde en jevn temperatur.
• Forsterkningskontroll i et lydsystem: Systemet justerer forsterkningen basert på utgangen for å opprettholde et konsistent lydnivå.

Tilbakemeldingskontrollsystemer: Tar kontroll til neste nivå

How to strip wire fast

Share

Watch on

Tilbakemeldingskontrollsystemer er en type kontrollsystem som bruker utgangen fra en prosess for å kontrollere inngangen. Systemet mottar med andre ord et signal fra prosessen som styres og bruker dette signalet til å justere inngangen for å oppnå ønsket utgang.

Diagrammer og navn knyttet til tilbakemeldingskontrollsystemer

Det er flere diagrammer og navn knyttet til tilbakemeldingskontrollsystemer, inkludert:

• Blokkdiagrammer: Disse viser komponentene i tilbakemeldingskontrollsystemet og hvordan de er koblet sammen.
• Overføringsfunksjoner: Disse beskriver forholdet mellom input og output fra systemet.
• Closed-loop-systemer: Dette er feedback-kontrollsystemer hvor utgangen mates tilbake til inngangen for å opprettholde ønsket utgang.
• Åpen sløyfesystemer: Dette er tilbakemeldingskontrollsystemer der utgangen ikke blir tilbakeført til inngangen.

Logisk kontroll: Forenklede og effektive kontrollsystemer

Logisk kontroll er en type kontrollsystem som bruker boolsk logikk eller andre logiske operasjoner for å ta beslutninger og kontrollere prosesser. Det er et forenklet og effektivt kontrollsystem som er mye brukt i ulike bransjer, inkludert produksjon, produksjon og elektroteknikk.

Hvordan fungerer logisk kontroll?

Logiske kontrollsystemer er designet for å håndtere en rekke innganger og produsere en ønsket utgang. Den grunnleggende operasjonsmetoden er som følger:

• Systemet mottar et inngangssignal, som vanligvis er i form av en elektrisk strøm.
• Inngangssignalet sammenlignes så med en innstilt verdi eller et punkt, som lagres i systemet.
• Hvis inngangssignalet er riktig, vil systemet utføre en spesifikk handling eller bytte til en bestemt innstilling.
• Hvis inngangssignalet er feil, vil systemet fortsette å motta input til riktig verdi er nådd.

Eksempler på logiske kontrollsystemer

Logiske kontrollsystemer brukes i et bredt spekter av bruksområder, inkludert:

• Trafikklys: Trafikklys bruker logisk kontroll for å bytte mellom rødt, gult og grønt lys basert på trafikkflyten.
• Industriroboter: Industriroboter bruker logikkkontroll for å utføre komplekse oppgaver, som sveising, maling og montering.
• Automatiske vaskemaskiner: Automatiske vaskemaskiner bruker logisk kontroll for å bytte mellom ulike vaskesykluser og temperaturer basert på brukerens innspill.

På-av-kontroll: Den enkleste metoden for å kontrollere temperatur

På-av-kontroll er historisk implementert ved hjelp av sammenkoblede releer, kamtimere og brytere som er konstruert i en stigesekvens. Imidlertid, med fremskritt av teknologi, kan på-av-kontroll nå utføres ved hjelp av mikrokontrollere, spesialiserte programmerbare logiske kontrollere og andre elektroniske enheter.

Eksempler på av-på-kontroll

Noen eksempler på produkter som bruker av/på-kontroll inkluderer:

• Hustermostater som slår på varmeren når romtemperaturen faller under ønsket innstilling og slår den av når den går over den.
• Kjøleskap som slår på kompressoren når temperaturen inne i kjøleskapet stiger over ønsket temperatur og slår den av når den går under.
• Vaskemaskiner som bruker på-av-kontroll for å utløse forskjellige sammenhengende sekvensielle operasjoner.
• Pneumatiske aktuatorer som bruker på-av-kontroll for å opprettholde et visst trykknivå.

Fordeler og ulemper med On-Off Control

Fordeler med på-av-kontroll inkluderer:

• Det er enkelt og billig å implementere.
• Det er lett å forstå og utføre.
• Den kan brukes i forskjellige typer maskiner og operasjoner.

Ulempene med på-av-kontroll inkluderer:

• Det gir brå endringer i systemet, som kan forårsake negative effekter på produktet eller prosessen som kontrolleres.
• Den kan kanskje ikke opprettholde ønsket settpunkt nøyaktig, spesielt i systemer med store termiske masser.
• Det kan føre til slitasje på de elektriske bryterne og releene, noe som fører til hyppige utskiftninger.

Lineær kontroll: Kunsten å opprettholde ønskede utganger

Lineær kontrollteori er basert på flere prinsipper som styrer hvordan lineære kontrollsystemer oppfører seg. Disse prinsippene inkluderer:

• Prinsippet om å ignorere uønskede effekter: Dette prinsippet forutsetter at eventuelle uønskede effekter av systemet kan ignoreres.
• Prinsippet om additivitet: Dette prinsippet følger konseptet om at utgangen til et lineært system er summen av utgangene produsert av hver inngang som virker alene.
• Prinsippet for superposisjon: Dette prinsippet antar at utgangen til et lineært system er summen av utgangene produsert av hver inngang som virker alene.

Den ikke-lineære saken

Hvis et system ikke overholder prinsippene om additivitet og homogenitet, anses det som ikke-lineært. I dette tilfellet er den definerende ligningen typisk en kvadrat av termer. Ikke-lineære systemer oppfører seg ikke på samme måte som lineære systemer og krever forskjellige metoder for kontroll.

The Fuzzy Logic: Et dynamisk kontrollsystem

Fuzzy logic er en type kontrollsystem som bruker fuzzy sett for å konvertere et inngangssignal til et utgangssignal. Det er en matematisk struktur som analyserer analoge inngangsverdier i form av logiske variabler som tar på seg kontinuerlige verdier mellom 0 og 1. Fuzzy logic er et dynamisk kontrollsystem som kan håndtere endringer i inngangssignalet og justere utgangssignalet deretter.

Eksempler på Fuzzy Logic in Action

Fuzzy logic brukes på mange felt for å utføre et bredt spekter av kontrolloppgaver. Her er noen eksempler:

• Vannbehandling: Fuzzy logic brukes til å kontrollere strømmen av vann gjennom et renseanlegg. Systemet justerer strømningshastigheten basert på vannets nåværende tilstand og ønsket utgangskvalitet.
• VVS-systemer: Fuzzy logic brukes til å kontrollere temperatur og fuktighet i en bygning. Systemet justerer temperatur og fuktighet basert på bygningens nåværende tilstand og ønsket komfortnivå.
• Trafikkkontroll: Fuzzy logikk brukes til å kontrollere trafikkflyten gjennom et veikryss. Systemet justerer tidspunktet for trafikklysene basert på gjeldende trafikkforhold.

konklusjonen

Så kontrollsystemer brukes til å kontrollere prosesser i mange bransjer, og de involverer design, implementering og vedlikehold av et system som opprettholder en konsistent produksjon til tross for endringer i input. 

Du kan ikke gå galt med et kontrollsystem, så ikke vær redd for å bruke et i ditt neste prosjekt! Så fortsett og kontroller verden!

Jeg er Joost Nusselder, grunnleggeren av Tools Doctor, innholdsmarkedsfører og pappa. Jeg elsker å prøve ut nytt utstyr, og sammen med teamet mitt har jeg laget dybdebloggartikler siden 2016 for å hjelpe lojale lesere med verktøy og håndverkstips.