Sistemele de control sunt utilizate pentru a menține un punct de referință sau o ieșire dorită prin ajustarea unui semnal de intrare. Sistemele de control pot fi în buclă deschisă sau în buclă închisă. Sistemele de control în buclă deschisă nu au o buclă de feedback și sistemele de control în buclă închisă au.
În acest articol, voi explica ce sunt sistemele de control, cum funcționează și cum sunt utilizate în viața de zi cu zi. În plus, voi împărtăși câteva fapte amuzante despre sistemele de control pe care poate nu le cunoașteți!
În această postare vom acoperi:
- Sisteme de control - Arta proiectării și implementării
- Control în buclă deschisă și în buclă închisă: diferența dintre autocorecție și ieșire fixă
- Sisteme de control cu feedback: Aducerea controlului la nivelul următor
- Control logic: sisteme de control simplificate și eficiente
- Control On-Off: Cea mai simplă metodă de control al temperaturii
- Control liniar: Arta de a menține ieșirile dorite
- Logica fuzzy: un sistem de control dinamic
- Concluzie
Sisteme de control - Arta proiectării și implementării
Sistemele de control implică procesul de setare și menținere a unei anumite ieșiri prin ajustarea semnalului de intrare. Scopul este de a produce o ieșire corectă și consecventă, în ciuda oricăror modificări inițiale ale intrării. Procesul implică o serie de etape, inclusiv următoarele:
- Etapa de intrare: unde este primit semnalul de intrare
- Etapa de procesare: unde semnalul este procesat și analizat
- Etapă de ieșire: unde este produs semnalul de ieșire
Rolul sistemelor de control în producție
Sistemele de control joacă un rol semnificativ în producție și distribuție în multe industrii. Tehnologia de automatizare este adesea folosită pentru implementarea acestor sisteme, care pot fi extrem de complexe și costisitoare de construit. Următoarele elemente sunt necesare pentru a crea un sistem de control excelent:
- O bună înțelegere a sistemului controlat
- Abilitatea de a proiecta și implementa tipul corect de sistem de control
- Un pachet de modele și tehnici standard care pot fi aplicate în anumite situații
Pașii implicați în crearea unui sistem de control
Procesul de creare a unui sistem de control implică următorii pași:
- Proiectarea structurii sistemului: Aceasta implică determinarea tipului de sistem de control necesar și a componentelor care vor fi incluse
- Implementarea sistemului: Aceasta implică construirea cu atenție a sistemului și executarea de teste pentru a se asigura că funcționează corect
- Menținerea sistemului: Aceasta implică monitorizarea performanței sistemului în timp și efectuarea oricăror modificări necesare pentru a se asigura că acesta continuă să funcționeze corect
Control în buclă deschisă și în buclă închisă: diferența dintre autocorecție și ieșire fixă
Sistemele de control în buclă deschisă sunt cunoscute și sub numele de controale fără feedback. Aceste sisteme au o ieșire fixă care nu este ajustată pe baza vreunei intrări sau feedback. Structura unui sistem de control în buclă deschisă este tipică și include o intrare, un punct de referință și o ieșire. Intrarea este semnalul care este utilizat pentru a produce ieșirea dorită. Punctul de referință este valoarea țintă pentru ieșire. Ieșirea este rezultatul procesului care rulează.
Exemple de sisteme de control în buclă deschisă includ:
- Un prăjitor de pâine: pârghia este plasată în faza „pornită”, iar bobinele sunt încălzite la o temperatură fixă. Pâinea de pâine rămâne încălzită până la ora stabilită, iar pâinea prăjită apare.
- Un control de croazieră într-un vehicul: comenzile sunt setate pentru a menține o viteză fixă. Sistemul nu se ajustează în funcție de condițiile în schimbare, cum ar fi dealurile sau vântul.
Control în buclă închisă: Auto-corecție pentru o ieșire consistentă
Sistemele de control în buclă închisă, cunoscute și sub denumirea de sisteme de control cu feedback, au capacitatea de a se auto-corecta pentru a menține o ieșire consistentă. Diferența dintre un sistem cu buclă deschisă și un sistem cu buclă închisă este că sistemul cu buclă închisă are capacitatea de a se autocorecta, în timp ce sistemul cu buclă deschisă nu. Structura unui sistem de control în buclă închisă este similară cu cea a unui sistem în buclă deschisă, dar include o buclă de feedback. Bucla de feedback conduce de la ieșire la intrare, permițând sistemului să monitorizeze și să ajusteze continuu în funcție de condițiile în schimbare.
Exemple de sisteme de control în buclă închisă includ:
- Controlul temperaturii într-o cameră: Sistemul reglează încălzirea sau răcirea în funcție de temperatura din cameră pentru a menține o temperatură constantă.
- Controlul amplificării într-un sistem de sunet: sistemul ajustează amplificarea în funcție de ieșire pentru a menține un nivel de sunet consistent.
Sisteme de control cu feedback: Aducerea controlului la nivelul următor
Sistemele de control cu feedback sunt un tip de sistem de control care utilizează ieșirea unui proces pentru a controla intrarea. Cu alte cuvinte, sistemul primește un semnal de la procesul care este controlat și folosește acel semnal pentru a regla intrarea pentru a obține ieșirea dorită.
Diagrame și nume asociate cu sistemele de control al feedback-ului
Există mai multe diagrame și nume asociate cu sistemele de control cu feedback, inclusiv:
- Diagrame bloc: Acestea arată componentele sistemului de control al feedback-ului și modul în care sunt conectate.
- Funcții de transfer: Acestea descriu relația dintre intrarea și ieșirea sistemului.
- Sisteme în buclă închisă: Acestea sunt sisteme de control prin feedback în care ieșirea este retransmisă la intrare pentru a menține ieșirea dorită.
- Sisteme în buclă deschisă: Acestea sunt sisteme de control al feedback-ului în care ieșirea nu este transmisă înapoi la intrare.
Control logic: sisteme de control simplificate și eficiente
Controlul logic este un tip de sistem de control care utilizează logica booleană sau alte operații logice pentru a lua decizii și a controla procesele. Este un sistem de control simplificat și eficient, care este utilizat pe scară largă în diverse industrii, inclusiv producție, producție și inginerie electrică.
Cum funcționează controlul logic?
Sistemele de control logic sunt concepute pentru a gestiona o varietate de intrări și pentru a produce o ieșire dorită. Metoda de bază de operare este următoarea:
- Sistemul primește un semnal de intrare, care este de obicei sub forma unui curent electric.
- Semnalul de intrare este apoi comparat cu o valoare sau un punct stabilit, care este stocat în sistem.
- Dacă semnalul de intrare este corect, sistemul va efectua o anumită acțiune sau va comuta la o anumită setare.
- Dacă semnalul de intrare este incorect, sistemul va continua să primească intrare până când se atinge valoarea corectă.
Exemple de sisteme de control logic
Sistemele de control logic sunt utilizate într-o gamă largă de aplicații, inclusiv:
- Semafoare: semafoarele folosesc controlul logic pentru a comuta între semaforul roșu, galben și verde în funcție de fluxul de trafic.
- Roboți industriali: roboții industriali folosesc controlul logic pentru a efectua sarcini complexe, cum ar fi sudarea, vopsirea și asamblarea.
- Mașini de spălat automate: Mașinile de spălat automate utilizează control logic pentru a comuta între diferite cicluri de spălare și temperaturi în funcție de intrarea utilizatorului.
Control On-Off: Cea mai simplă metodă de control al temperaturii
Controlul On-Off este implementat istoric folosind relee interconectate, temporizatoare cu came și comutatoare care sunt construite într-o secvență de scară. Cu toate acestea, odată cu avansarea tehnologiei, controlul on-off poate fi acum efectuat folosind microcontrolere, controlere logice programabile specializate și alte dispozitive electronice.
Exemple de control On-Off
Câteva exemple de produse care utilizează controlul on-off includ:
- Termostate de uz casnic care pornesc încălzitorul atunci când temperatura camerei scade sub setarea dorită și îl opresc atunci când depășește aceasta.
- Frigidere care pornesc compresorul atunci când temperatura din interiorul frigiderului crește peste temperatura dorită și îl opresc atunci când scade sub aceasta.
- Mașini de spălat care utilizează controlul pornit-oprit pentru a declanșa diferite operații secvențiale interdependente.
- Servomotoare pneumatice care folosesc controlul on-off pentru a menține un anumit nivel de presiune.
Avantajele și dezavantajele controlului On-Off
Avantajele controlului on-off includ:
- Este simplu și ieftin de implementat.
- Este ușor de înțeles și de executat.
- Poate fi utilizat în diferite tipuri de utilaje și operațiuni.
Dezavantajele controlului on-off includ:
- Produce schimbări bruște în sistem, care pot provoca efecte negative asupra produsului sau procesului controlat.
- Este posibil să nu poată menține cu precizie valoarea de referință dorită, în special în sistemele cu mase termice mari.
- Poate cauza uzura întrerupătoarelor și releelor electrice, ducând la înlocuiri frecvente.
Control liniar: Arta de a menține ieșirile dorite
Teoria controlului liniar se bazează pe mai multe principii care guvernează modul în care se comportă sistemele de control liniar. Aceste principii includ:
- Principiul ignorării efectelor nedorite: Acest principiu presupune că orice efecte nedorite ale sistemului pot fi ignorate.
- Principiul aditivității: Acest principiu aderă la conceptul că rezultatul unui sistem liniar este suma ieșirilor produse de fiecare intrare care acționează singur.
- Principiul suprapunerii: Acest principiu presupune că ieșirea unui sistem liniar este suma ieșirilor produse de fiecare intrare care acționează singur.
Cazul neliniar
Dacă un sistem nu aderă la principiile aditivității și omogenității, este considerat neliniar. În acest caz, ecuația definitorie este de obicei un pătrat de termeni. Sistemele neliniare nu se comportă în același mod ca sistemele liniare și necesită metode diferite de control.
Logica fuzzy: un sistem de control dinamic
Logica fuzzy este un tip de sistem de control care utilizează seturi fuzzy pentru a converti un semnal de intrare într-un semnal de ieșire. Este o structură matematică care analizează valorile analogice de intrare în termeni de variabile logice care iau valori continue între 0 și 1. Logica fuzzy este un sistem de control dinamic care poate gestiona modificările semnalului de intrare și poate ajusta semnalul de ieșire în consecință.
Exemple de logica fuzzy în acțiune
Logica fuzzy este folosită în multe domenii pentru a efectua o gamă largă de sarcini de control. Aici sunt cateva exemple:
- Tratarea apei: logica fuzzy este utilizată pentru a controla fluxul de apă printr-o stație de epurare. Sistemul ajustează debitul în funcție de starea curentă a apei și de calitatea dorită a ieșirii.
- Sisteme HVAC: logica fuzzy este utilizată pentru a controla temperatura și umiditatea dintr-o clădire. Sistemul reglează temperatura și umiditatea în funcție de starea actuală a clădirii și de nivelul de confort dorit.
- Controlul traficului: logica fuzzy este folosită pentru a controla fluxul de trafic printr-o intersecție. Sistemul ajustează ora semafoarelor în funcție de condițiile actuale de trafic.
Concluzie
Deci, sistemele de control sunt folosite pentru a controla procesele în multe industrii și implică proiectarea, implementarea și menținerea unui sistem care menține o ieșire consecventă, în ciuda modificărilor de intrare.
Nu poți greși cu un sistem de control, așa că nu-ți fie teamă să folosești unul în următorul tău proiect! Deci, mergeți mai departe și controlați-vă lumea!
Sunt Joost Nusselder, fondatorul Tools Doctor, marketer de conținut și tată. Îmi place să încerc echipamente noi și, împreună cu echipa mea, am creat articole de blog aprofundate din 2016 pentru a ajuta cititorii fideli cu instrumente și sfaturi de creație.
