.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 . Он 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 разрабатываются с помощью процесса управления инженерными системами .
Для непрерывно модулированного управления используется контроллер с обратной связью для автоматического управления процессом или операцией. Система управления сравнивает значение или состояние регулируемой переменной процесса (PV) с желаемым значением или заданным значением (SP) и применяет разницу в качестве управляющего сигнала, чтобы привести выходную переменную процесса установки к тому же значению, что и уставка.
Для последовательной и комбинационной логики используется программная логика , например, в программируемом логическом контроллере . [ нужны разъяснения ]
По сути, существует два типа контура управления: управление с разомкнутым контуром (прямая связь) и управление с обратной связью (обратная связь).
При управлении с разомкнутым контуром управляющее действие контроллера не зависит от «выходного сигнала процесса» (или «управляемой переменной процесса»). Хорошим примером этого является котел центрального отопления, управляемый только таймером, поэтому тепло подается в течение постоянного времени, независимо от температуры в здании. Управляющим действием является включение/выключение котла, но регулируемой переменной должна быть температура здания, а не так, потому что это разомкнутое управление котлом, которое не дает замкнутого управления температурой.
При управлении с обратной связью управляющее действие контроллера зависит от выходного сигнала процесса. В случае аналогии с котлом это будет включать термостат для контроля температуры в здании и, таким образом, подавать обратный сигнал, чтобы гарантировать, что контроллер поддерживает в здании температуру, установленную на термостате. Таким образом, контроллер с замкнутым контуром имеет контур обратной связи, который гарантирует, что контроллер осуществляет управляющее воздействие, чтобы получить выходной сигнал процесса, такой же, как «заданный вход» или «заданное значение». По этой причине контроллеры с обратной связью также называют контроллерами с обратной связью. [1]
Согласно определению Британского института стандартов, система управления с замкнутым контуром — это «система управления, имеющая обратную связь мониторинга, при этом сигнал отклонения, формируемый в результате этой обратной связи, используется для управления действием конечного элемента управления таким образом, чтобы стремятся свести отклонение к нулю». [2]
Так же; « Система управления с обратной связью — это система, которая имеет тенденцию поддерживать заданную связь одной системной переменной с другой путем сравнения функций этих переменных и использования разницы в качестве средства управления». [3]
Контроллер с обратной связью или контроллер с обратной связью — это контур управления , который включает в себя обратную связь , в отличие от контроллера с разомкнутым контуром или контроллера без обратной связи . Контроллер с обратной связью использует обратную связь для управления состояниями или выходами динамической системы . Его название происходит от информационного пути в системе: входные данные процесса (например, напряжение , подаваемое на электродвигатель ) влияют на выходные данные процесса (например, скорость или крутящий момент двигателя), которые измеряются датчиками и обрабатываются контроллер; результат (управляющий сигнал) «подается обратно» в качестве входных данных в процесс, замыкая цикл. [4]
В случае систем с линейной обратной связью контур управления , включающий датчики , алгоритмы управления и исполнительные механизмы, организуется для регулирования переменной 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. ПИД -алгоритм в контроллере восстанавливает фактическую скорость до желаемой оптимальным способом, с минимальной задержкой или превышением , путем управления выходной мощностью двигателя автомобиля. Системы контроля, которые включают в себя определенное определение 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 установленным образом.
Контроллеры с обратной связью имеют следующие преимущества перед контроллерами с разомкнутым контуром:
В некоторых системах одновременно используются замкнутый и разомкнутый контур управления. В таких системах управление с разомкнутым контуром называется упреждающим и служит для дальнейшего улучшения характеристик отслеживания задания.
Распространенной архитектурой контроллера с обратной связью является ПИД-регулятор .
Системы логического управления для промышленного и коммерческого оборудования исторически реализовывались с помощью взаимосвязанных электрических реле и кулачковых таймеров с использованием лестничной логики . Сегодня большинство таких систем построено на основе микроконтроллеров или более специализированных программируемых логических контроллеров (ПЛК). Обозначение лестничной логики до сих пор используется в качестве метода программирования ПЛК. [6]
Логические контроллеры могут реагировать на переключатели и датчики и могут запускать и останавливать различные операции оборудования с помощью исполнительных механизмов . Логические контроллеры используются для управления механическими операциями во многих приложениях. Примеры включают лифты, стиральные машины и другие системы с взаимосвязанными операциями. Система автоматического последовательного управления может запускать серию механических приводов в правильной последовательности для выполнения задачи. Например, различные электрические и пневматические преобразователи могут складывать и склеивать картонную коробку, наполнять ее продуктом, а затем запечатывать в упаковочной автоматической машине.
Программное обеспечение ПЛК может быть написано разными способами – в виде лестничных диаграмм, SFC ( схем последовательных функций ) или списков операторов . [7]
В двухпозиционном управлении используется контроллер обратной связи, который резко переключается между двумя состояниями. Простой биметаллический бытовой термостат можно описать как двухпозиционный контроллер. Когда температура в помещении (PV) опускается ниже заданной пользователем (SP), обогреватель включается. Другой пример — реле давления на воздушном компрессоре. Когда давление (PV) падает ниже заданного значения (SP), компрессор включается. Холодильники и вакуумные насосы содержат аналогичные механизмы. Подобные простые двухпозиционные системы управления могут быть дешевыми и эффективными.
Нечеткая логика — это попытка применить простую конструкцию логических контроллеров для управления сложными непрерывно меняющимися системами. По сути, измерения в системе нечеткой логики могут быть частично верными.
Правила системы написаны на естественном языке и переведены в нечеткую логику. Например, проект печи должен начинаться со слов: «Если температура слишком высокая, уменьшите количество топлива в печи. Если температура слишком низкая, увеличьте количество топлива в печи».
Измерения из реального мира (например, температура печи) фаззифицируются , а логика вычисляется арифметически, в отличие от булевой логики , а выходные данные дефаззифицируются для управления оборудованием.
Когда надежный нечеткий дизайн сводится к одному быстрому расчету, он начинает напоминать обычное решение с петлей обратной связи, и может показаться, что нечеткий дизайн не нужен. Однако парадигма нечеткой логики может обеспечить масштабируемость для больших систем управления, в которых традиционные методы становятся громоздкими или дорогостоящими в разработке. [ нужна цитата ]
Нечеткая электроника — это электронная технология, которая использует нечеткую логику вместо двухзначной логики, более часто используемой в цифровой электронике .
Диапазон реализации систем управления варьируется от компактных контроллеров, часто со специальным программным обеспечением для конкретной машины или устройства, до распределенных систем управления для управления производственными процессами на большом физическом предприятии .
Логические системы и контроллеры с обратной связью обычно реализуются с помощью программируемых логических контроллеров .
