控制系统用于通过调整输入信号来维持设定点或所需输出。 控制系统可以是开环或闭环。 开环控制系统没有反馈回路，而闭环控制系统有。
在本文中，我将解释什么是控制系统、它们如何工作以及它们在日常生活中的使用方式。 另外，我将分享一些您可能不知道的有关控制系统的有趣事实！
在这篇文章中，我们将介绍：
控制系统——设计和实施的艺术
控制系统涉及通过调整输入信号来设置和维持特定输出的过程。 目标是产生正确且一致的输出，尽管输入有任何初始变化。 该过程涉及多个阶段，包括：
- 输入级：接收输入信号的地方
- 处理阶段：处理和分析信号的阶段
- 输出级：产生输出信号的地方
控制系统在生产中的作用
控制系统在许多行业的生产和分配中发挥着重要作用。 自动化技术通常用于实施这些系统，这些系统的构建可能非常复杂且昂贵。 创建一个优秀的控制系统需要以下元素：
- 对被控制的系统有很好的了解
- 设计和实施正确类型的控制系统的能力
- 可应用于特定情况的一揽子标准设计和技术
创建控制系统所涉及的步骤
创建控制系统的过程包括以下步骤：
- 设计系统结构：这涉及确定所需控制系统的类型以及将包含的组件
- 实施系统：这涉及仔细构建系统和运行测试以确保其正常工作
- 维护系统：这涉及随着时间的推移监控系统的性能并进行任何必要的更改以确保其继续正常运行
开环与闭环控制：自校正与固定输出的区别
开环控制系统也称为非反馈控制。 这些系统具有不根据任何输入或反馈进行调整的固定输出。 开环控制系统的结构很典型，包括输入、设定点和输出。 输入是用于产生所需输出的信号。 设定点是输出的目标值。 输出是进程运行的结果。
开环控制系统的示例包括：
- 烤面包机：杠杆置于“开”阶段，线圈被加热到固定温度。 烤面包机会一直加热到指定的时间，吐司就会弹出。
- 车辆中的巡航控制装置：控制装置设置为保持固定速度。 该系统不会根据不断变化的条件（例如山丘或风）进行调整。
闭环控制：自校正以实现一致的输出
闭环控制系统，也称为反馈控制系统，能够自我纠正以保持一致的输出。 开环系统和闭环系统的区别在于，闭环系统具有自我校正的能力，而开环系统则没有。 闭环控制系统的结构类似于开环系统，但它包括一个反馈回路。 反馈回路从输出引向输入，使系统能够根据不断变化的条件持续监控和调整。
闭环控制系统的示例包括：
- 室内温度控制：系统根据室内温度调节供暖或制冷，以保持恒定的温度。
- 音响系统中的放大控制：系统根据输出调整放大以保持一致的声级。
反馈控制系统：将控制提升到一个新的水平
反馈控制系统是一种使用过程的输出来控制输入的控制系统。 换句话说，系统从被控制的过程接收信号，并使用该信号调整输入以实现所需的输出。
与反馈控制系统相关的图表和名称
有几个与反馈控制系统相关的图表和名称，包括：
- 框图：这些图显示了反馈控制系统的组件以及它们的连接方式。
- 传递函数：这些描述了系统输入和输出之间的关系。
- 闭环系统：这些是反馈控制系统，其中输出反馈到输入以维持所需的输出。
- 开环系统：这些是反馈控制系统，其中输出不反馈到输入。
逻辑控制：简化而有效的控制系统
逻辑控制是一种利用布尔逻辑或其他逻辑运算来进行决策和控制过程的控制系统。 它是一种简化而有效的控制系统，广泛应用于各个行业，包括生产、制造和电气工程。
逻辑控制如何工作？
逻辑控制系统旨在处理各种输入并产生所需的输出。 基本操作方法如下：
- 该系统接收通常为电流形式的输入信号。
- 然后将输入信号与存储在系统中的设定值或点进行比较。
- 如果输入信号正确，系统将执行特定操作或切换到特定设置。
- 如果输入信号不正确，系统将继续接收输入，直到达到正确的值。
逻辑控制系统示例
逻辑控制系统用于广泛的应用，包括：
- 交通灯：交通灯使用逻辑控制，根据交通流量在红灯、黄灯和绿灯之间切换。
- 工业机器人：工业机器人使用逻辑控制来执行复杂的任务，例如焊接、喷漆和装配。
- 自动洗衣机：自动洗衣机使用逻辑控制根据用户的输入在不同的洗涤周期和温度之间切换。
开关控制：最简单的温度控制方法
过去，开关控制是使用以梯形顺序构建的互连继电器、凸轮定时器和开关来实现的。 然而，随着技术的进步，现在可以使用微控制器、专用可编程逻辑控制器和其他电子设备来进行开关控制。
开关控制示例
使用开关控制的一些产品示例包括：
- 家用恒温器会在室温低于所需设置时打开加热器，并在高于所需设置时关闭加热器。
- 当冰箱内的温度高于所需温度时，冰箱会打开压缩机，低于所需温度时会关闭压缩机。
- 使用开关控制触发不同的相互关联的顺序操作的洗衣机。
- 使用开关控制来维持一定压力水平的气动执行器。
开关控制的优点和缺点
开关控制的优点包括：
- 实施起来既简单又便宜。
- 它易于理解和执行。
- 它可以用于不同类型的机械和操作。
开关控制的缺点包括：
- 它会在系统中产生突然的变化，这会对被控制的产品或过程造成负面影响。
- 它可能无法准确地维持所需的设定点，尤其是在具有大热质量的系统中。
- 它可能会导致电气开关和继电器磨损，导致频繁更换。
线性控制：保持预期输出的艺术
线性控制理论基于控制线性控制系统行为方式的几个原则。 这些原则包括：
- 忽略不良影响原则：该原则假设系统的任何不良影响都可以忽略。
- 可加性原理：该原理坚持线性系统的输出是每个输入单独作用产生的输出之和的概念。
- 叠加原理：该原理假定线性系统的输出是每个输入单独作用产生的输出之和。
非线性案例
如果一个系统不遵守可加性和同质性原则，则它被认为是非线性的。 在这种情况下，定义方程通常是项的平方。 非线性系统的行为方式与线性系统不同，需要不同的控制方法。
模糊逻辑：动态控制系统
模糊逻辑是一种利用模糊集将输入信号转换为输出信号的控制系统。 它是一种数学结构，根据取 0 到 1 之间的连续值的逻辑变量来分析模拟输入值。模糊逻辑是一种动态控制系统，可以处理输入信号的变化并相应地调整输出信号。
模糊逻辑的实际应用示例
模糊逻辑在许多领域被用于执行范围广泛的控制任务。 这里有些例子：
- 水处理：模糊逻辑用于控制通过处理厂的水流。 系统根据水的当前状态和所需的输出质量调整流速。
- HVAC 系统：模糊逻辑用于控制建筑物中的温度和湿度。 该系统根据建筑物的当前状态和所需的舒适度来调节温度和湿度。
- 交通控制：模糊逻辑用于控制通过十字路口的交通流量。 系统根据当前的交通状况调整红绿灯的时间。
结论
因此，控制系统用于控制许多行业的过程，它们涉及设计、实施和维护一个系统，该系统在输入发生变化时仍能保持一致的输出。
控制系统不会出错，所以不要害怕在下一个项目中使用它！ 所以，去吧，控制你的世界！
我是 Joost Nusselder，Tools Doctor 的创始人、内容营销人员和父亲。 我喜欢尝试新设备，自 2016 年以来，我一直与我的团队一起创建深入的博客文章，以帮助忠实的读者提供工具和制作技巧。
