Riadiace systémy sa používajú na udržanie požadovanej hodnoty alebo požadovaného výstupu úpravou vstupného signálu. Riadiace systémy môžu byť otvorené alebo uzavreté. Riadiace systémy s otvorenou slučkou nemajú spätnú väzbu a riadiace systémy s uzavretou slučkou áno.
V tomto článku vysvetlím, čo sú riadiace systémy, ako fungujú a ako sa používajú v každodennom živote. Navyše sa podelím o niekoľko zábavných faktov o riadiacich systémoch, ktoré ste možno nevedeli!
V tomto príspevku sa budeme venovať:
- Riadiace systémy – umenie navrhovania a implementácie
- Riadenie s otvorenou a uzavretou slučkou: Rozdiel medzi samokorekciou a pevným výstupom
- Systémy kontroly spätnej väzby: Posúvanie kontroly na ďalšiu úroveň
- Logické riadenie: Zjednodušené a efektívne riadiace systémy
- On-Off Control: Najjednoduchší spôsob ovládania teploty
- Lineárne riadenie: Umenie udržiavať požadované výstupy
- Fuzzy Logic: Dynamický riadiaci systém
- záver
Riadiace systémy – umenie navrhovania a implementácie
Riadiace systémy zahŕňajú proces nastavenia a udržiavania konkrétneho výstupu úpravou vstupného signálu. Cieľom je vytvoriť správny a konzistentný výstup napriek akýmkoľvek počiatočným zmenám vo vstupe. Proces zahŕňa niekoľko fáz, vrátane nasledujúcich:
- Vstupný stupeň: kde sa prijíma vstupný signál
- Fáza spracovania: kde sa signál spracováva a analyzuje
- Výstupný stupeň: kde sa vytvára výstupný signál
Úloha riadiacich systémov vo výrobe
Riadiace systémy zohrávajú významnú úlohu vo výrobe a distribúcii v mnohých priemyselných odvetviach. Na implementáciu týchto systémov sa často používa automatizačná technológia, ktorej konštrukcia môže byť veľmi zložitá a nákladná. Na vytvorenie vynikajúceho riadiaceho systému sú potrebné nasledujúce prvky:
- Dobré pochopenie systému, ktorý je riadený
- Schopnosť navrhnúť a implementovať správny typ riadiaceho systému
- Balík štandardných návrhov a techník, ktoré možno použiť v konkrétnych situáciách
Kroky pri vytváraní riadiaceho systému
Proces vytvárania riadiaceho systému zahŕňa nasledujúce kroky:
- Návrh štruktúry systému: To zahŕňa určenie typu požadovaného riadiaceho systému a komponentov, ktoré budú zahrnuté
- Implementácia systému: Zahŕňa starostlivé zostavenie systému a spustenie testov, aby ste sa uistili, že funguje správne
- Údržba systému: Zahŕňa monitorovanie výkonu systému v priebehu času a vykonanie všetkých potrebných zmien, aby sa zabezpečilo, že bude naďalej správne fungovať.
Riadenie s otvorenou a uzavretou slučkou: Rozdiel medzi samokorekciou a pevným výstupom
Riadiace systémy s otvorenou slučkou sú známe aj ako kontroly bez spätnej väzby. Tieto systémy majú pevný výstup, ktorý nie je upravovaný na základe žiadneho vstupu alebo spätnej väzby. Štruktúra riadiaceho systému s otvorenou slučkou je typická a zahŕňa vstup, nastavenú hodnotu a výstup. Vstup je signál, ktorý sa používa na vytvorenie požadovaného výstupu. Nastavená hodnota je cieľová hodnota pre výstup. Výstup je výsledkom spusteného procesu.
Príklady riadiacich systémov s otvorenou slučkou zahŕňajú:
- Hriankovač: Páka je v polohe „zapnuté“ a cievky sa zahrievajú na pevnú teplotu. Hriankovač zostane ohrievaný až do stanoveného času a hrianka sa vysunie.
- Tempomat vo vozidle: Ovládače sú nastavené tak, aby udržiavali pevnú rýchlosť. Systém sa neprispôsobuje meniacim sa podmienkam, ako sú kopce alebo vietor.
Regulácia v uzavretej slučke: Samokorekcia pre konzistentný výstup
Systémy riadenia s uzavretou slučkou, tiež známe ako systémy riadenia spätnej väzby, majú schopnosť samočinnej korekcie, aby sa zachoval konzistentný výstup. Rozdiel medzi systémom s otvorenou slučkou a systémom s uzavretou slučkou je v tom, že systém s uzavretou slučkou má schopnosť samočinnej korekcie, zatiaľ čo systém s otvorenou slučkou nie. Štruktúra systému riadenia s uzavretou slučkou je podobná štruktúre systému s otvorenou slučkou, ale obsahuje spätnú väzbu. Spätná väzba vedie z výstupu na vstup, čo umožňuje systému neustále monitorovať a nastavovať na základe meniacich sa podmienok.
Príklady riadiacich systémov s uzavretou slučkou zahŕňajú:
- Regulácia teploty v miestnosti: Systém upravuje vykurovanie alebo chladenie na základe teploty v miestnosti, aby sa udržala konzistentná teplota.
- Ovládanie zosilnenia v zvukovom systéme: Systém upravuje zosilnenie na základe výstupu, aby sa zachovala konzistentná úroveň zvuku.
Systémy kontroly spätnej väzby: Posúvanie kontroly na ďalšiu úroveň
Systémy spätnej väzby sú typom riadiaceho systému, ktorý využíva výstup z procesu na riadenie vstupu. Inými slovami, systém prijíma signál z riadeného procesu a používa tento signál na úpravu vstupu, aby sa dosiahol požadovaný výstup.
Diagramy a názvy spojené so systémami kontroly spätnej väzby
Existuje niekoľko diagramov a názvov spojených so spätnoväzbovými riadiacimi systémami, vrátane:
- Blokové diagramy: Zobrazujú komponenty systému riadenia spätnej väzby a spôsob ich prepojenia.
- Prenosové funkcie: opisujú vzťah medzi vstupom a výstupom systému.
- Systémy s uzavretou slučkou: Ide o systémy riadenia spätnej väzby, kde sa výstup privádza späť na vstup, aby sa udržal požadovaný výstup.
- Systémy s otvorenou slučkou: Ide o systémy riadenia spätnej väzby, kde výstup nie je privádzaný späť na vstup.
Logické riadenie: Zjednodušené a efektívne riadiace systémy
Logické riadenie je typ riadiaceho systému, ktorý využíva booleovskú logiku alebo iné logické operácie na rozhodovanie a riadenie procesov. Ide o zjednodušený a efektívny riadiaci systém, ktorý je široko používaný v rôznych priemyselných odvetviach vrátane výroby, výroby a elektrotechniky.
Ako funguje logické riadenie?
Logické riadiace systémy sú navrhnuté tak, aby zvládali rôzne vstupy a produkovali požadovaný výstup. Základný spôsob prevádzky je nasledujúci:
- Systém prijíma vstupný signál, ktorý je zvyčajne vo forme elektrického prúdu.
- Vstupný signál sa potom porovnáva s nastavenou hodnotou alebo bodom, ktorý je uložený v systéme.
- Ak je vstupný signál správny, systém vykoná špecifickú akciu alebo prepne na špecifické nastavenie.
- Ak je vstupný signál nesprávny, systém bude naďalej prijímať vstup, kým sa nedosiahne správna hodnota.
Príklady logických riadiacich systémov
Logické riadiace systémy sa používajú v širokej škále aplikácií, vrátane:
- Semafory: Semafory používajú logické ovládanie na prepínanie medzi červenými, žltými a zelenými svetlami na základe toku premávky.
- Priemyselné roboty: Priemyselné roboty využívajú logické riadenie na vykonávanie zložitých úloh, ako je zváranie, lakovanie a montáž.
- Automatické práčky: Automatické práčky využívajú logické ovládanie na prepínanie medzi rôznymi umývacími cyklami a teplotami na základe zadania používateľa.
On-Off Control: Najjednoduchší spôsob ovládania teploty
Riadenie zapnutia a vypnutia je historicky implementované pomocou vzájomne prepojených relé, vačkových časovačov a spínačov, ktoré sú konštruované v postupnosti rebríkov. S pokrokom v technológii sa však teraz môže riadenie zapnuté a vypnuté vykonávať pomocou mikrokontrolérov, špecializovaných programovateľných logických ovládačov a iných elektronických zariadení.
Príklady On-Off Control
Niektoré príklady produktov, ktoré používajú ovládanie zapnutia a vypnutia, zahŕňajú:
- Domáce termostaty, ktoré zapnú ohrievač, keď teplota v miestnosti klesne pod požadovanú hodnotu, a vypnú ho, keď teplota v miestnosti klesne pod požadovanú hodnotu.
- Chladničky, ktoré zapnú kompresor, keď teplota vo vnútri chladničky stúpne nad požadovanú teplotu a vypnú ho, keď klesne pod túto teplotu.
- Práčky, ktoré používajú ovládanie zapnuté/vypnuté na spustenie rôznych vzájomne súvisiacich sekvenčných operácií.
- Pneumatické pohony, ktoré používajú ovládanie zapnuté/vypnuté na udržanie určitej úrovne tlaku.
Výhody a nevýhody On-Off Control
Medzi výhody on-off ovládania patria:
- Je to jednoduché a lacné na implementáciu.
- Je ľahké ho pochopiť a vykonať.
- Môže byť použitý v rôznych typoch strojov a prevádzok.
Nevýhody on-off ovládania zahŕňajú:
- Spôsobuje náhle zmeny v systéme, ktoré môžu spôsobiť negatívne účinky na kontrolovaný produkt alebo proces.
- Nemusí byť schopný presne udržiavať požadovanú hodnotu, najmä v systémoch s veľkými tepelnými hmotnosťami.
- Môže to spôsobiť opotrebovanie elektrických spínačov a relé, čo vedie k častým výmenám.
Lineárne riadenie: Umenie udržiavať požadované výstupy
Teória lineárneho riadenia je založená na niekoľkých princípoch, ktoré riadia správanie lineárnych riadiacich systémov. Tieto zásady zahŕňajú:
- Princíp ignorovania nežiaducich účinkov: Tento princíp predpokladá, že akékoľvek nežiaduce účinky systému možno ignorovať.
- Princíp aditivity: Tento princíp sa drží koncepcie, že výstupom lineárneho systému je súčet výstupov produkovaných každým vstupom pôsobiacim samostatne.
- Princíp superpozície: Tento princíp predpokladá, že výstupom lineárneho systému je súčet výstupov produkovaných každým vstupom pôsobiacim samostatne.
Nelineárny prípad
Ak systém nedodržiava princípy aditivity a homogenity, považuje sa za nelineárny. V tomto prípade je definujúca rovnica zvyčajne štvorec pojmov. Nelineárne systémy sa nesprávajú rovnakým spôsobom ako lineárne systémy a vyžadujú rôzne metódy riadenia.
Fuzzy Logic: Dynamický riadiaci systém
Fuzzy logika je typ riadiaceho systému, ktorý využíva fuzzy množiny na konverziu vstupného signálu na výstupný signál. Ide o matematickú štruktúru, ktorá analyzuje analógové vstupné hodnoty z hľadiska logických premenných, ktoré nadobúdajú spojité hodnoty medzi 0 a 1. Fuzzy logika je dynamický riadiaci systém, ktorý dokáže spracovať zmeny vo vstupnom signáli a zodpovedajúcim spôsobom upraviť výstupný signál.
Príklady fuzzy logiky v akcii
Fuzzy logika sa používa v mnohých oblastiach na vykonávanie širokej škály riadiacich úloh. Tu je niekoľko príkladov:
- Úprava vody: Fuzzy logika sa používa na riadenie prietoku vody cez čističku. Systém upravuje prietok na základe aktuálneho stavu vody a požadovanej výstupnej kvality.
- Systémy HVAC: Fuzzy logika sa používa na riadenie teploty a vlhkosti v budove. Systém upravuje teplotu a vlhkosť na základe aktuálneho stavu budovy a požadovanej úrovne komfortu.
- Riadenie dopravy: Fuzzy logika sa používa na riadenie plynulosti premávky cez križovatku. Systém prispôsobuje načasovanie semaforov na základe aktuálnych dopravných podmienok.
záver
Riadiace systémy sa teda používajú na riadenie procesov v mnohých odvetviach a zahŕňajú návrh, implementáciu a údržbu systému, ktorý zachováva konzistentný výstup napriek zmenám vo vstupe.
S riadiacim systémom nemôžete nič pokaziť, takže sa ho nebojte použiť vo svojom ďalšom projekte! Takže pokračujte a ovládnite svoj svet!
Som Joost Nusselder, zakladateľ spoločnosti Tools Doctor, obchodník s obsahom a otec. Rád skúšam nové vybavenie a spolu s mojím tímom od roku 2016 vytváram podrobné blogové články, aby som pomohol verným čitateľom s nástrojmi a tipmi na tvorbu.
