Styrsystem: En introduktion till kontroll med öppen och sluten slinga

Styrsystem används för att upprätthålla ett börvärde eller önskad utgång genom att justera en insignal. Styrsystem kan vara öppen eller sluten slinga. Styrsystem med öppen slinga har ingen återkopplingsslinga och styrsystem med sluten slinga har det.

I den här artikeln kommer jag att förklara vad styrsystem är, hur de fungerar och hur de används i vardagen. Dessutom ska jag dela med mig av några roliga fakta om styrsystem som du kanske inte känner till!

Styrsystem- Konsten att designa och implementera

Styrsystem involverar processen att ställa in och bibehålla en viss utgång genom att justera insignalen. Målet är att producera en korrekt och konsekvent utdata, trots eventuella initiala förändringar i input. Processen omfattar ett antal steg, inklusive följande:

• Ingångssteg: där ingångssignalen tas emot
• Bearbetningsstadium: där signalen bearbetas och analyseras
• Slutsteg: där utsignalen produceras

Kontrollsystemens roll i produktionen

Styrsystem spelar en betydande roll i produktion och distribution i många branscher. Automationsteknik används ofta för att implementera dessa system, som kan vara mycket komplexa och dyra att bygga. Följande element krävs för att skapa ett utmärkt kontrollsystem:

• En god förståelse för det system som styrs
• Förmåga att designa och implementera rätt typ av styrsystem
• Ett paket med standarddesigner och tekniker som kan appliceras på speciella situationer

Stegen som är involverade i att skapa ett kontrollsystem

Processen att skapa ett kontrollsystem innefattar följande steg:

• Designa systemets struktur: Detta innebär att bestämma vilken typ av styrsystem som krävs och vilka komponenter som kommer att ingå
• Implementering av systemet: Detta innebär att noggrant konstruera systemet och köra tester för att säkerställa att det fungerar korrekt
• Underhålla systemet: Detta innebär att övervaka systemets prestanda över tid och göra alla nödvändiga ändringar för att säkerställa att det fortsätter att fungera korrekt

Öppen och återkopplad styrning: Skillnaden mellan självkorrigering och fast utgång

Styrsystem med öppen slinga är också kända som icke-feedback-kontroller. Dessa system har en fast utgång som inte justeras baserat på någon ingång eller återkoppling. Strukturen för ett styrsystem med öppen slinga är typisk och inkluderar en ingång, ett börvärde och en utgång. Ingången är den signal som används för att producera den önskade utsignalen. Börvärdet är målvärdet för utgången. Utdata är resultatet av processen som körs.

Exempel på styrsystem med öppen slinga inkluderar:

• En brödrost: Spaken placeras i "på"-fasen och spolarna värms upp till en fast temperatur. Brödrosten förblir uppvärmd till den utsatta tiden, och toasten dyker upp.
• En farthållare i ett fordon: Reglagen är inställda för att hålla en fast hastighet. Systemet anpassar sig inte baserat på förändrade förhållanden, som backar eller vind.

Closed-loop-kontroll: Självkorrigering för konsekvent utmatning

Slutna styrsystem, även kända som återkopplingsstyrsystem, har förmågan att självkorrigera för att upprätthålla en konsekvent uteffekt. Skillnaden mellan ett öppet och slutet system är att det slutna systemet har förmågan att självkorrigera medan det öppna systemet inte gör det. Strukturen hos ett styrsystem med sluten krets liknar den hos ett system med öppen krets, men det inkluderar en återkopplingsslinga. Återkopplingsslingan leder från utgången till ingången, vilket gör att systemet kontinuerligt kan övervaka och justera baserat på förändrade förhållanden.

Exempel på slutna styrsystem inkluderar:

• Temperaturkontroll i ett rum: Systemet justerar uppvärmningen eller kylningen baserat på temperaturen i rummet för att hålla en konstant temperatur.
• Förstärkningskontroll i ett ljudsystem: Systemet justerar förstärkningen baserat på utsignalen för att bibehålla en konsekvent ljudnivå.

Återkopplingskontrollsystem: Tar kontroll till nästa nivå

How to strip wire fast

Share

Watch on

Återkopplingsstyrsystem är en typ av styrsystem som använder utsignalen från en process för att styra ingången. Systemet tar med andra ord emot en signal från den process som styrs och använder den signalen för att justera ingången för att uppnå önskad effekt.

Diagram och namn associerade med återkopplingskontrollsystem

Det finns flera diagram och namn förknippade med återkopplingskontrollsystem, inklusive:

• Blockdiagram: Dessa visar komponenterna i återkopplingsstyrsystemet och hur de är anslutna.
• Överföringsfunktioner: Dessa beskriver förhållandet mellan systemets input och output.
• Slutna system: Dessa är återkopplingsstyrsystem där utgången återkopplas till ingången för att bibehålla önskad utgång.
• System med öppen slinga: Dessa är återkopplingsstyrsystem där utgången inte återkopplas till ingången.

Logisk kontroll: Förenklade och effektiva styrsystem

Logisk kontroll är en typ av kontrollsystem som använder boolesk logik eller andra logiska operationer för att fatta beslut och styra processer. Det är ett förenklat och effektivt kontrollsystem som används flitigt i olika branscher, inklusive produktion, tillverkning och elektroteknik.

Hur fungerar Logic Control?

Logiska styrsystem är designade för att hantera en mängd olika ingångar och producera en önskad uteffekt. Den grundläggande operationsmetoden är som följer:

• Systemet tar emot en insignal, som vanligtvis är i form av en elektrisk ström.
• Insignalen jämförs sedan med ett inställt värde eller punkt, som lagras i systemet.
• Om insignalen är korrekt kommer systemet att utföra en specifik åtgärd eller växla till en specifik inställning.
• Om insignalen är felaktig kommer systemet att fortsätta att ta emot insignal tills rätt värde uppnås.

Exempel på logiska styrsystem

Logiska styrsystem används i ett brett spektrum av applikationer, inklusive:

• Trafikljus: Trafikljus använder logisk kontroll för att växla mellan rött, gult och grönt ljus baserat på trafikflödet.
• Industrirobotar: Industrirobotar använder logikstyrning för att utföra komplexa uppgifter, såsom svetsning, målning och montering.
• Automatiska tvättmaskiner: Automatiska tvättmaskiner använder logikstyrning för att växla mellan olika tvättcykler och temperaturer baserat på användarens input.

På-av-kontroll: Den enklaste metoden för att kontrollera temperatur

On-Off-styrning är historiskt implementerad med hjälp av sammankopplade reläer, kamtimer och omkopplare som är konstruerade i en stegsekvens. Men med teknikens framsteg kan på/av-styrning nu utföras med hjälp av mikrokontroller, specialiserade programmerbara logiska kontroller och andra elektroniska enheter.

Exempel på On-Off-kontroll

Några exempel på produkter som använder på/av-kontroll inkluderar:

• Hushållstermostater som slår på värmaren när rumstemperaturen sjunker under önskad inställning och stänger av den när den går över den.
• Kylskåp som slår på kompressorn när temperaturen inuti kylen stiger över den önskade temperaturen och stänger av den när den går under den.
• Tvättmaskiner som använder på/av-kontroll för att utlösa olika inbördes relaterade sekventiella operationer.
• Pneumatiska ställdon som använder on-off-styrning för att upprätthålla en viss trycknivå.

Fördelar och nackdelar med On-Off Control

Fördelarna med on-off-kontroll inkluderar:

• Det är enkelt och billigt att implementera.
• Det är lätt att förstå och utföra.
• Den kan användas i olika typer av maskiner och operationer.

Nackdelarna med on-off-kontroll inkluderar:

• Det ger plötsliga förändringar i systemet, vilket kan orsaka negativa effekter på produkten eller processen som kontrolleras.
• Den kanske inte kan upprätthålla önskat börvärde exakt, särskilt i system med stora termiska massor.
• Det kan orsaka slitage på de elektriska strömbrytarna och reläerna, vilket leder till frekventa byten.

Linjär kontroll: Konsten att bibehålla önskade utgångar

Linjär styrteori bygger på flera principer som styr hur linjära styrsystem beter sig. Dessa principer inkluderar:

• Principen att ignorera oönskade effekter: Denna princip förutsätter att alla oönskade effekter av systemet kan ignoreras.
• Additivitetsprincipen: Denna princip följer konceptet att utsignalen från ett linjärt system är summan av utdata som produceras av varje ingång som agerar ensam.
• Superpositionsprincipen: Denna princip antar att utsignalen från ett linjärt system är summan av utsignalerna som produceras av varje ingång som agerar ensam.

Det icke-linjära fallet

Om ett system inte följer principerna om additivitet och homogenitet anses det vara olinjärt. I det här fallet är den definierande ekvationen vanligtvis en kvadrat av termer. Icke-linjära system beter sig inte på samma sätt som linjära system och kräver olika styrmetoder.

The Fuzzy Logic: Ett dynamiskt kontrollsystem

Fuzzy logic är en typ av kontrollsystem som använder fuzzy set för att omvandla en insignal till en utsignal. Det är en matematisk struktur som analyserar analoga ingångsvärden i termer av logiska variabler som antar kontinuerliga värden mellan 0 och 1. Fuzzy logic är ett dynamiskt styrsystem som kan hantera förändringar i insignalen och justera utsignalen därefter.

Exempel på Fuzzy Logic in Action

Fuzzy logic används inom många områden för att utföra ett brett utbud av kontrolluppgifter. Här är några exempel:

• Vattenbehandling: Fuzzy logik används för att kontrollera vattenflödet genom ett reningsverk. Systemet justerar flödet baserat på vattnets aktuella tillstånd och önskad utmatningskvalitet.
• VVS-system: Fuzzy logic används för att styra temperaturen och luftfuktigheten i en byggnad. Systemet justerar temperatur och luftfuktighet baserat på byggnadens aktuella tillstånd och önskad komfortnivå.
• Trafikkontroll: Fuzzy logik används för att styra trafikflödet genom en korsning. Systemet justerar tidpunkten för trafikljusen baserat på de aktuella trafikförhållandena.

Slutsats

Så, kontrollsystem används för att styra processer i många branscher, och de involverar att designa, implementera och underhålla ett system som upprätthåller en konsekvent produktion trots förändringar i input. 

Du kan inte gå fel med ett kontrollsystem, så var inte rädd för att använda ett i ditt nästa projekt! Så fortsätt och kontrollera din värld!

Jag är Joost Nusselder, grundaren av Tools Doctor, innehållsmarknadsförare och pappa. Jag älskar att testa ny utrustning, och tillsammans med mitt team har jag skapat djupgående bloggartiklar sedan 2016 för att hjälpa trogna läsare med verktyg och pysseltips.