Введение в Системы Управления С Разомкнутым И Замкнутым Контурами

Официальный поставщик продукции Leroy-Somer

Каждый человек в мире в какой-то момент использовал систему управления, возможно, сам того не осознавая. Здесь Герейнт Томас подробно описывает разницу между системами с открытым и замкнутым контуром.

Мы все используем системы управления в той или иной форме. Это может быть включение электрического обогревателя, обогревающего ваш дом, или это может быть, когда вы заводите свою машину утром, чтобы уехать на работу. Давайте более подробно рассмотрим, что такое система управления.

Типичная система управления содержит входные и выходные каскады, где подается входной сигнал и происходит процесс; действие и последующая реакция. Если еще раз взглянуть на электронагреватель, то это хороший пример простой системы управления с разомкнутым контуром. Входное решение здесь включает в себя включение или выключение переключателя. Когда выключатель включен, электричество передается для нагрева элемента. Это ‘процесс’, а ‘результат’ — нагреваемое помещение.

Итак, из этого простого примера у нас есть входные данные, процесс и выходные данные. Это основы систем управления.

Если посмотреть на электронагреватель, то это очень простая система с разомкнутым контуром. Термин «разомкнутый контур» означает отсутствие обратной связи, управляющей температурой нагревателя. Он будет продолжать нагреваться без регулировки, вплоть до максимального уровня, что позволит вам поддерживать температуру на заданном уровне. Система с разомкнутым контуром имеет простую конструкцию, точность которой зависит от калибровки устройств в рамках технологического процесса. В результате температура не поддается регулированию и будет продолжать повышаться.

Путем внедрения системы с замкнутым контуром, позволяющей общей системе быть более точной. Теперь, когда в помещении достаточно жарко, он распознает это, отключит источник тепла и затем станет более стабильной системой в целом.

Чтобы сделать эту систему замкнутой, необходимо внести несколько изменений. Главным из них является необходимость введения цикла обратной связи, который будет «отчитываться» перед секцией процесса. В случае с нагревателем это, скорее всего, будет термометр. Это даст нам показания температуры в помещении, чтобы система знала, достигла ли она нужного уровня.

При добавлении контура обратной связи в систему будет выдано изменение входных данных. Вместо переключателя, который управляет системой только для включения или выключения, теперь потребуется желаемая уставка выходного сигнала. Это, в сочетании с суммирующим блоком, позволит вычислить ошибку (разницу в двух температурах нагревателя и помещения), затем найти разницу и изменить процесс, чтобы настроить для правильного считывания.

В автомобильной промышленности, производстве или любой операции, которая имеет входные данные, процесс и выходные данные, система замкнутого цикла может быть разработана для обеспечения более точных систем управления. Это достигается за счет использования контроллера, такого как ПЛК. Контроллер воздействует непосредственно на сигнал ошибки. Со вставкой контроллера мы меняем блок суммирования на блок умножения. Таким образом, манипулируя сигналом ошибки, мы можем изменить динамическое поведение системы.

Эти типы систем известны как пропорциональные, интегральные и дифференциальные (ПИД). Чтобы рассмотреть эти три типа контроля, мы можем снова использовать вождение для работы в качестве примера.

Управляя автомобилем, вы обычно используете пропорциональное управление, чтобы достичь желаемой скорости. Это происходит, когда вы замечаете, что скорость, с которой вы едете, не соответствует требуемой, поэтому вы нажимаете на педаль акселератора или, в качестве альтернативы, сбавляете обороты, если ваша скорость слишком высока.

Производное управление — это когда вы знаете, что вам нужно будет изменить скорость, например, это лучше всего описать, когда вы видите перед собой крутой холм и нажимаете на педаль акселератора, чтобы поддерживать скорость в гору. Когда у нас есть большие изменения в скорости, пропорциональный регулятор вносит эти поправки. Когда нам нужно резко изменить скорость, derivative control сделает это за вас.

Интегральное управление, с другой стороны, постоянно суммирует погрешность от скорости, на которой вы находитесь в данный момент, и обеспечивает обратную связь, пропорциональную скорости, которую вы хотите достичь.

При использовании в сочетании друг с другом мы достигаем круиз-контроля. При этом используется пропорциональное управление, чтобы поддерживать правильную скорость автомобиля, производное управление, чтобы убедиться, что автомобиль реагирует, и интегральное управление, чтобы постоянно отслеживать разницу

ПИД-контуры используются во всех типах систем управления, от нового электромобиля производства Tesla до холодильных установок в супермаркетах, где температура должна оставаться постоянной.

Итак, когда вы поедете домой сегодня вечером, вы сами будете своего рода системой управления с замкнутым контуром. И когда вы включите обогреватель холодными зимними ночами, вы немного больше поймете о различиях между системами с открытым и замкнутым контуром.