控制系統用於通過調整輸入信號來維持設定點或所需輸出。 控制系統可以是開環或閉環。 開環控制系統沒有反饋迴路，而閉環控制系統有。
在本文中，我將解釋什麼是控制系統、它們如何工作以及它們在日常生活中的使用方式。 另外，我將分享一些您可能不知道的有關控制系統的有趣事實！
在這篇文章中，我們將介紹：
控制系統——設計和實施的藝術
控制系統涉及通過調整輸入信號來設置和維持特定輸出的過程。 目標是產生正確且一致的輸出，儘管輸入有任何初始變化。 該過程涉及多個階段，包括：
- 輸入級：接收輸入信號的地方
- 處理階段：處理和分析信號的階段
- 輸出級：產生輸出信號的地方
控制系統在生產中的作用
控制系統在許多行業的生產和分配中發揮著重要作用。 自動化技術通常用於實施這些系統，這些系統的構建可能非常複雜且昂貴。 創建一個優秀的控制系統需要以下元素：
- 對被控制的系統有很好的了解
- 設計和實施正確類型的控制系統的能力
- 可應用於特定情況的一攬子標准設計和技術
創建控制系統所涉及的步驟
創建控制系統的過程包括以下步驟：
- 設計系統結構：這涉及確定所需控制系統的類型以及將包含的組件
- 實施系統：這涉及仔細構建系統和運行測試以確保其正常工作
- 維護系統：這涉及隨著時間的推移監控系統的性能並進行任何必要的更改以確保其繼續正常運行
開環與閉環控制：自校正與固定輸出的區別
開環控制系統也稱為非反饋控制。 這些系統具有不根據任何輸入或反饋進行調整的固定輸出。 開環控制系統的結構很典型，包括輸入、設定點和輸出。 輸入是用於產生所需輸出的信號。 設定點是輸出的目標值。 輸出是進程運行的結果。
開環控制系統的示例包括：
- 烤麵包機：槓桿置於“開”階段，線圈被加熱到固定溫度。 烤麵包機會一直加熱到指定的時間，吐司就會彈出。
- 車輛中的巡航控制裝置：控制裝置設置為保持固定速度。 該系統不會根據不斷變化的條件（例如山丘或風）進行調整。
閉環控制：自校正以實現一致的輸出
閉環控制系統，也稱為反饋控制系統，能夠自我糾正以保持一致的輸出。 開環系統和閉環系統的區別在於，閉環系統具有自我校正的能力，而開環系統則沒有。 閉環控制系統的結構類似於開環系統，但它包括一個反饋迴路。 反饋迴路從輸出引向輸入，使系統能夠根據不斷變化的條件持續監控和調整。
閉環控制系統的示例包括：
- 室內溫度控制：系統根據室內溫度調節供暖或製冷，以保持恆定的溫度。
- 音響系統中的放大控制：系統根據輸出調整放大以保持一致的聲級。
反饋控制系統：將控制提升到一個新的水平
反饋控制系統是一種使用過程的輸出來控制輸入的控制系統。 換句話說，系統從被控制的過程接收信號，並使用該信號調整輸入以實現所需的輸出。
與反饋控制系統相關的圖表和名稱
有幾個與反饋控制系統相關的圖表和名稱，包括：
- 框圖：這些圖顯示了反饋控制系統的組件以及它們的連接方式。
- 傳遞函數：這些描述了系統輸入和輸出之間的關係。
- 閉環系統：這些是反饋控制系統，其中輸出反饋到輸入以維持所需的輸出。
- 開環系統：這些是反饋控制系統，其中輸出不反饋到輸入。
邏輯控制：簡化而有效的控制系統
邏輯控制是一種利用布爾邏輯或其他邏輯運算來進行決策和控製過程的控制系統。 它是一種簡化而有效的控制系統，廣泛應用於各個行業，包括生產、製造和電氣工程。
邏輯控制如何工作？
邏輯控制系統旨在處理各種輸入並產生所需的輸出。 基本操作方法如下：
- 該系統接收通常為電流形式的輸入信號。
- 然後將輸入信號與存儲在系統中的設定值或點進行比較。
- 如果輸入信號正確，系統將執行特定操作或切換到特定設置。
- 如果輸入信號不正確，系統將繼續接收輸入，直到達到正確的值。
邏輯控制系統示例
邏輯控制系統用於廣泛的應用，包括：
- 交通燈：交通燈使用邏輯控制，根據交通流量在紅燈、黃燈和綠燈之間切換。
- 工業機器人：工業機器人使用邏輯控制來執行複雜的任務，例如焊接、噴漆和裝配。
- 自動洗衣機：自動洗衣機使用邏輯控制根據用戶的輸入在不同的洗滌週期和溫度之間切換。
開關控制：最簡單的溫度控制方法
過去，開關控制是使用以梯形順序構建的互連繼電器、凸輪定時器和開關來實現的。 然而，隨著技術的進步，現在可以使用微控制器、專用可編程邏輯控制器和其他電子設備來進行開關控制。
開關控制示例
使用開關控制的一些產品示例包括：
- 家用恆溫器會在室溫低於所需設置時打開加熱器，並在高於所需設置時關閉加熱器。
- 當冰箱內的溫度高於所需溫度時，冰箱會打開壓縮機，低於所需溫度時會關閉壓縮機。
- 使用開關控制觸發不同的相互關聯的順序操作的洗衣機。
- 使用開關控制來維持一定壓力水平的氣動執行器。
開關控制的優點和缺點
開關控制的優點包括：
- 實施起來既簡單又便宜。
- 它易於理解和執行。
- 它可以用於不同類型的機械和操作。
開關控制的缺點包括：
- 它會在系統中產生突然的變化，這會對被控制的產品或過程造成負面影響。
- 它可能無法準確地維持所需的設定點，尤其是在具有大熱質量的系統中。
- 它可能會導致電氣開關和繼電器磨損，導致頻繁更換。
線性控制：保持預期輸出的藝術
線性控制理論基於控制線性控制系統行為方式的幾個原則。 這些原則包括：
- 忽略不良影響原則：該原則假設系統的任何不良影響都可以忽略。
- 可加性原理：該原理堅持線性系統的輸出是每個輸入單獨作用產生的輸出之和的概念。
- 疊加原理：該原理假定線性系統的輸出是每個輸入單獨作用產生的輸出之和。
非線性案例
如果一個系統不遵守可加性和同質性原則，則它被認為是非線性的。 在這種情況下，定義方程通常是項的平方。 非線性系統的行為方式與線性系統不同，需要不同的控制方法。
模糊邏輯：動態控制系統
模糊邏輯是一種利用模糊集將輸入信號轉換為輸出信號的控制系統。 它是一種數學結構，根據取 0 到 1 之間的連續值的邏輯變量來分析模擬輸入值。模糊邏輯是一種動態控制系統，可以處理輸入信號的變化並相應地調整輸出信號。
模糊邏輯的實際應用示例
模糊邏輯在許多領域被用於執行範圍廣泛的控制任務。 這裡有些例子：
- 水處理：模糊邏輯用於控制通過處理廠的水流。 系統根據水的當前狀態和所需的輸出質量調整流速。
- HVAC 系統：模糊邏輯用於控制建築物中的溫度和濕度。 該系統根據建築物的當前狀態和所需的舒適度來調節溫度和濕度。
- 交通控制：模糊邏輯用於控制通過十字路口的交通流量。 系統根據當前的交通狀況調整紅綠燈的時間。
結論
因此，控制系統用於控制許多行業的過程，它們涉及設計、實施和維護一個系統，該系統在輸入發生變化時仍能保持一致的輸出。
控制系統不會出錯，所以不要害怕在下一個項目中使用它！ 所以，去吧，控制你的世界！
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