.jpg/1280px-Loaded_centrifugal_governor_(New_Catechism_of_the_Steam_Engine,_1904).jpg)
Система управления управляет, командует, направляет или регулирует поведение других устройств или систем с помощью контуров управления . Она может варьироваться от одного контроллера отопления дома, использующего термостат, управляющий бытовым котлом, до крупных промышленных систем управления , которые используются для управления процессами или машинами. Системы управления проектируются с помощью процесса проектирования управления .
Для непрерывно модулированного управления контроллер обратной связи используется для автоматического управления процессом или операцией. Система управления сравнивает значение или статус переменной процесса (PV), контролируемой с желаемым значением или уставкой (SP), и применяет разницу в качестве управляющего сигнала для приведения выходной переменной процесса установки к тому же значению, что и уставка.
Для последовательной и комбинационной логики используется программная логика , например, в программируемом логическом контроллере . [ необходимо разъяснение ]
По сути, существует два типа контура управления: управление с разомкнутым контуром (прямая связь) и управление с замкнутым контуром (обратная связь).
При управлении с открытым контуром управляющее воздействие контроллера не зависит от «выходного сигнала процесса» (или «регулируемой переменной процесса»). Хорошим примером этого является котел центрального отопления, управляемый только таймером, так что тепло подается в течение постоянного времени, независимо от температуры здания. Управляющим воздействием является включение/выключение котла, но управляемой переменной должна быть температура здания, но это не так, поскольку это управление котлом с открытым контуром, которое не дает замкнутого контура управления температурой.
В управлении с замкнутым контуром управляющее воздействие контроллера зависит от выходного сигнала процесса. В случае аналогии с котлом это будет включать термостат для контроля температуры здания и, таким образом, обратной связи сигнала, чтобы гарантировать, что контроллер поддерживает температуру здания на уровне, установленном на термостате. Таким образом, контроллер с замкнутым контуром имеет контур обратной связи, который гарантирует, что контроллер применяет управляющее воздействие для выдачи выходного сигнала процесса, соответствующего «опорному входу» или «заданному значению». По этой причине контроллеры с замкнутым контуром также называются контроллерами с обратной связью. [1]
Определение замкнутой системы управления согласно Британскому институту стандартов : «система управления, имеющая контрольную обратную связь, причем сигнал отклонения, сформированный в результате этой обратной связи, используется для управления действием конечного элемента управления таким образом, чтобы стремиться свести отклонение к нулю». [2]
Аналогично; « Система управления с обратной связью — это система, которая стремится поддерживать заданное соотношение одной системной переменной к другой путем сравнения функций этих переменных и использования разницы в качестве средства управления». [3]
Контроллер с замкнутым контуром или контроллер с обратной связью — это контур управления , который включает обратную связь , в отличие от контроллера с разомкнутым контуром или контроллера без обратной связи . Контроллер с замкнутым контуром использует обратную связь для управления состояниями или выходами динамической системы . Его название происходит от информационного пути в системе: входы процесса (например, напряжение, подаваемое на электродвигатель ) оказывают влияние на выходы процесса (например, скорость или крутящий момент двигателя), которые измеряются датчиками и обрабатываются контроллером; результат (сигнал управления) «возвращается обратно» в качестве входа в процесс, замыкая контур. [4]
В случае линейных систем обратной связи контур управления , включающий датчики , алгоритмы управления и исполнительные механизмы, организован в попытке регулировать переменную в заданном значении (SP). Повседневным примером является круиз-контроль на дорожном транспортном средстве; где внешние воздействия, такие как холмы, могут вызвать изменение скорости, и водитель имеет возможность изменить желаемую заданную скорость. Алгоритм ПИД в контроллере восстанавливает фактическую скорость до желаемой скорости оптимальным образом, с минимальной задержкой или перерегулированием , управляя выходной мощностью двигателя транспортного средства. Системы управления, которые включают некоторое восприятие результатов, которых они пытаются достичь, используют обратную связь и могут в некоторой степени адаптироваться к изменяющимся обстоятельствам. Системы управления с разомкнутым контуром не используют обратную связь и работают только заранее заданными способами.
Контроллеры с замкнутым контуром имеют следующие преимущества по сравнению с контроллерами с разомкнутым контуром:
В некоторых системах замкнутый и разомкнутый контуры управления используются одновременно. В таких системах разомкнутый контур управления называется прямой связью и служит для дальнейшего улучшения характеристик отслеживания опорных сигналов.
Распространенной архитектурой регулятора замкнутого контура является ПИД-регулятор .
Логические системы управления для промышленного и коммерческого оборудования исторически реализовывались с помощью взаимосвязанных электрических реле и кулачковых таймеров с использованием релейной логики . Сегодня большинство таких систем построены с использованием микроконтроллеров или более специализированных программируемых логических контроллеров (ПЛК). Обозначение релейной логики все еще используется как метод программирования для ПЛК. [6]
Логические контроллеры могут реагировать на переключатели и датчики и могут заставлять машины запускать и останавливать различные операции с помощью исполнительных механизмов . Логические контроллеры используются для последовательности механических операций во многих приложениях. Примерами являются лифты, стиральные машины и другие системы со взаимосвязанными операциями. Автоматическая последовательная система управления может запускать ряд механических исполнительных механизмов в правильной последовательности для выполнения задачи. Например, различные электрические и пневматические преобразователи могут складывать и склеивать картонную коробку, наполнять ее продуктом, а затем запечатывать ее в автоматической упаковочной машине.
Программное обеспечение ПЛК может быть написано разными способами – в виде релейных диаграмм, SFC ( схемы последовательных функций ) или списков операторов . [7]
Управление включением-выключением использует контроллер обратной связи, который резко переключается между двумя состояниями. Простой биметаллический домашний термостат можно описать как контроллер включения-выключения. Когда температура в помещении (PV) опускается ниже пользовательской настройки (SP), нагреватель включается. Другим примером является реле давления на воздушном компрессоре. Когда давление (PV) падает ниже заданного значения (SP), компрессор включается. Холодильники и вакуумные насосы содержат похожие механизмы. Простые системы управления включением-выключением, подобные этим, могут быть дешевыми и эффективными.
Нечеткая логика — это попытка применить простую конструкцию логических контроллеров к управлению сложными непрерывно меняющимися системами. По сути, измерение в системе нечеткой логики может быть частично верным.
Правила системы написаны на естественном языке и переведены в нечеткую логику. Например, проект печи будет начинаться так: «Если температура слишком высокая, уменьшите подачу топлива в печь. Если температура слишком низкая, увеличьте подачу топлива в печь».
Измерения из реального мира (например, температура печи) подвергаются нечеткой интерпретации , а логика вычисляется арифметически, в отличие от булевой логики , а выходные данные подвергаются дефаззификации для управления оборудованием.
Когда надежная нечеткая конструкция сводится к одному быстрому расчету, она начинает напоминать обычное решение обратной связи, и может показаться, что нечеткая конструкция была ненужной. Однако парадигма нечеткой логики может обеспечить масштабируемость для больших систем управления, где обычные методы становятся громоздкими или дорогостоящими для вывода. [ необходима цитата ]
Нечеткая электроника — это электронная технология, использующая нечеткую логику вместо двухзначной логики, более распространенной в цифровой электронике .
Диапазон внедрения систем управления варьируется от компактных контроллеров , часто со специализированным программным обеспечением для конкретной машины или устройства, до распределенных систем управления для управления промышленными процессами на крупном физическом предприятии .
Логические системы и контроллеры обратной связи обычно реализуются с помощью программируемых логических контроллеров . Широко реконфигурируемое и расширяемое устройство автоматизации (BREAD) — это недавняя структура, которая предоставляет множество аппаратных устройств с открытым исходным кодом , которые можно подключать для создания более сложных систем сбора данных и управления. [8]
