Системы управления используются для поддержания заданного значения или желаемого выхода путем регулировки входного сигнала. Системы управления могут быть разомкнутого или замкнутого цикла. Системы управления с разомкнутым контуром не имеют обратной связи, а системы управления с замкнутым контуром имеют.
В этой статье я объясню, что такое системы управления, как они работают и как они используются в повседневной жизни. Кроме того, я поделюсь некоторыми забавными фактами о системах управления, о которых вы, возможно, не знали!
В этом посте мы рассмотрим:
- Системы управления — искусство проектирования и реализации
- Управление без обратной связи и с обратной связью: разница между самокоррекцией и фиксированным выходом
- Системы управления с обратной связью: выход на новый уровень управления
- Логическое управление: упрощенные и эффективные системы управления
- Двухпозиционное управление: простейший метод контроля температуры
- Линейное управление: искусство поддержания желаемых результатов
- Нечеткая логика: динамическая система управления
- Заключение
Системы управления — искусство проектирования и реализации
Системы управления включают в себя процесс установки и поддержания определенного выхода путем регулировки входного сигнала. Цель состоит в том, чтобы произвести правильный и согласованный вывод, несмотря на любые первоначальные изменения во входных данных. Процесс включает в себя несколько этапов, в том числе следующие:
- Входной каскад: где принимается входной сигнал
- Стадия обработки: где сигнал обрабатывается и анализируется
- Выходной каскад: где производится выходной сигнал
Роль систем управления в производстве
Системы управления играют важную роль в производстве и распределении во многих отраслях. Для реализации этих систем часто используются технологии автоматизации, которые могут быть очень сложными и дорогими в изготовлении. Для создания превосходной системы управления необходимы следующие элементы:
- Хорошее понимание управляемой системы
- Способность спроектировать и внедрить правильный тип системы управления
- Пакет стандартных конструкций и методов, которые можно применять в конкретных ситуациях.
Шаги, необходимые для создания системы управления
Процесс создания системы управления включает следующие этапы:
- Проектирование структуры системы: это включает в себя определение типа требуемой системы управления и компонентов, которые будут включены.
- Внедрение системы: это включает в себя тщательное построение системы и запуск тестов, чтобы убедиться, что она работает правильно.
- Поддержание системы: это включает в себя мониторинг производительности системы с течением времени и внесение любых необходимых изменений, чтобы обеспечить ее правильное функционирование.
Управление без обратной связи и с обратной связью: разница между самокоррекцией и фиксированным выходом
Системы управления без обратной связи также известны как системы управления без обратной связи. Эти системы имеют фиксированный выходной сигнал, который не регулируется на основе каких-либо входных данных или обратной связи. Структура разомкнутой системы управления типична и включает в себя вход, уставку и выход. Вход – это сигнал, который используется для получения желаемого результата. Заданное значение является целевым значением для выхода. Вывод — это результат запущенного процесса.
Примеры систем управления без обратной связи включают:
- Тостер: рычаг помещается в фазу «включено», и катушки нагреваются до фиксированной температуры. Тостер остается горячим до назначенного времени, и тосты всплывают.
- Круиз-контроль в транспортном средстве: элементы управления настроены на поддержание фиксированной скорости. Система не настраивается в зависимости от изменяющихся условий, таких как холмы или ветер.
Управление с обратной связью: самокоррекция для постоянного выхода
Системы управления с обратной связью, также известные как системы управления с обратной связью, обладают способностью самокорректироваться для поддержания постоянного выхода. Разница между разомкнутой и замкнутой системой заключается в том, что у замкнутой системы есть способность к самокоррекции, а у разомкнутой - нет. Структура замкнутой системы управления аналогична структуре разомкнутой системы, но она включает в себя петлю обратной связи. Цепь обратной связи ведет от выхода к входу, позволяя системе постоянно контролировать и корректировать в зависимости от меняющихся условий.
Примеры замкнутых систем управления включают:
- Контроль температуры в помещении: система регулирует обогрев или охлаждение в зависимости от температуры в помещении, чтобы поддерживать постоянную температуру.
- Управление усилением в звуковой системе: система регулирует усиление в зависимости от выходного сигнала, чтобы поддерживать постоянный уровень звука.
Системы управления с обратной связью: выход на новый уровень управления
Системы управления с обратной связью — это тип системы управления, которая использует выходные данные процесса для управления входными данными. Другими словами, система получает сигнал от контролируемого процесса и использует этот сигнал для корректировки ввода для достижения желаемого результата.
Схемы и названия, связанные с системами управления с обратной связью
Существует несколько схем и названий, связанных с системами управления с обратной связью, в том числе:
- Блок-схемы: они показывают компоненты системы управления с обратной связью и то, как они связаны.
- Передаточные функции: они описывают взаимосвязь между входом и выходом системы.
- Системы с обратной связью: это системы управления с обратной связью, в которых выходной сигнал возвращается на вход для поддержания желаемого выходного сигнала.
- Системы без обратной связи: это системы управления с обратной связью, в которых выход не возвращается на вход.
Логическое управление: упрощенные и эффективные системы управления
Логическое управление — это тип системы управления, который использует логическую логику или другие логические операции для принятия решений и управления процессами. Это упрощенная и эффективная система управления, которая широко используется в различных отраслях промышленности, включая производство, производство и электротехнику.
Как работает логическое управление?
Системы логического управления предназначены для обработки различных входных данных и получения желаемого результата. Основной метод работы заключается в следующем:
- Система получает входной сигнал, который обычно имеет форму электрического тока.
- Затем входной сигнал сравнивается с заданным значением или точкой, которая хранится в системе.
- Если входной сигнал правильный, система выполнит определенное действие или переключится на определенную настройку.
- Если входной сигнал неправильный, система будет продолжать получать входные данные до тех пор, пока не будет достигнуто правильное значение.
Примеры систем логического управления
Логические системы управления используются в широком диапазоне приложений, в том числе:
- Светофоры: светофоры используют логическое управление для переключения между красным, желтым и зеленым светом в зависимости от потока движения.
- Промышленные роботы. Промышленные роботы используют логическое управление для выполнения сложных задач, таких как сварка, покраска и сборка.
- Автоматические стиральные машины: автоматические стиральные машины используют логическое управление для переключения между различными циклами стирки и температурами в зависимости от ввода пользователя.
Двухпозиционное управление: простейший метод контроля температуры
Управление включением-выключением исторически реализовано с использованием взаимосвязанных реле, кулачковых таймеров и переключателей, построенных в виде лестничной последовательности. Однако с развитием технологий управление включением-выключением теперь можно осуществлять с помощью микроконтроллеров, специализированных программируемых логических контроллеров и других электронных устройств.
Примеры двухпозиционного управления
Некоторые примеры продуктов, в которых используется управление включением-выключением, включают:
- Бытовые термостаты, которые включают нагреватель, когда температура в помещении падает ниже заданного значения, и выключают его, когда она становится выше.
- Холодильники, которые включают компрессор, когда температура внутри холодильника поднимается выше желаемой температуры, и выключают его, когда она падает ниже нее.
- Стиральные машины, которые используют управление включением-выключением для запуска различных взаимосвязанных последовательных операций.
- Пневматические приводы, использующие двухпозиционное управление для поддержания определенного уровня давления.
Преимущества и недостатки двухпозиционного управления
К преимуществам двухпозиционного управления относятся:
- Он прост и дешев в реализации.
- Это легко понять и выполнить.
- Он может быть использован в различных типах машин и операций.
К недостаткам двухпозиционного управления относятся:
- Он вызывает резкие изменения в системе, которые могут оказать негативное влияние на контролируемый продукт или процесс.
- Возможно, он не сможет точно поддерживать желаемую уставку, особенно в системах с большими тепловыми массами.
- Это может привести к износу электрических переключателей и реле, что приведет к их частой замене.
Линейное управление: искусство поддержания желаемых результатов
Теория линейного управления основана на нескольких принципах, определяющих поведение систем линейного управления. Эти принципы включают в себя:
- Принцип игнорирования нежелательных эффектов: Этот принцип предполагает, что любые нежелательные эффекты системы можно игнорировать.
- Принцип аддитивности: этот принцип придерживается концепции, согласно которой выход линейной системы представляет собой сумму выходов, производимых каждым входом, действующим в отдельности.
- Принцип суперпозиции: этот принцип предполагает, что выход линейной системы представляет собой сумму выходов, производимых каждым входом, действующим в отдельности.
Нелинейный случай
Если система не придерживается принципов аддитивности и однородности, она считается нелинейной. В этом случае определяющее уравнение обычно представляет собой квадрат членов. Нелинейные системы ведут себя не так, как линейные системы, и требуют других методов управления.
Нечеткая логика: динамическая система управления
Нечеткая логика — это тип системы управления, в которой используются нечеткие множества для преобразования входного сигнала в выходной сигнал. Это математическая структура, которая анализирует аналоговые входные значения с точки зрения логических переменных, которые принимают непрерывные значения от 0 до 1. Нечеткая логика — это система динамического управления, которая может обрабатывать изменения во входном сигнале и соответствующим образом корректировать выходной сигнал.
Примеры нечеткой логики в действии
Нечеткая логика используется во многих областях для выполнения широкого круга задач управления. Вот некоторые примеры:
- Очистка воды: Нечеткая логика используется для управления потоком воды через очистные сооружения. Система регулирует скорость потока в зависимости от текущего состояния воды и желаемого качества на выходе.
- Системы HVAC: Нечеткая логика используется для контроля температуры и влажности в здании. Система регулирует температуру и влажность в зависимости от текущего состояния здания и желаемого уровня комфорта.
- Управление дорожным движением: нечеткая логика используется для управления потоком трафика через перекресток. Система регулирует время работы светофора в зависимости от текущих условий движения.
Заключение
Таким образом, системы управления используются для управления процессами во многих отраслях, и они включают в себя разработку, внедрение и обслуживание системы, которая поддерживает постоянный результат, несмотря на изменения на входе.
Вы не ошибетесь с системой управления, так что не бойтесь использовать ее в своем следующем проекте! Итак, вперед и управлять своим миром!
Я Йоост Нуссельдер, основатель Tools Doctor, контент-маркетолог и папа. Мне нравится пробовать новое оборудование, и с 2016 года вместе со своей командой я пишу подробные статьи в блогах, чтобы помочь постоянным читателям с инструментами и советами по изготовлению.
