Система управления
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( декабрь 2010 г. ) |
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 проектируются 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 логика , например, в программируемом логическом контроллере . программная [ нужны разъяснения ]
Управление с разомкнутым и замкнутым контуром [ править ]
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 контрольную обратную связь, 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 заданное соотношение одной системной переменной с другой путем сравнения функций этих переменных и использования разницы в качестве средства управления». [3]Системы управления с обратной связью [ править ]
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 с линейной обратной связью систем 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. в ПИД-алгоритм контроллере восстанавливает фактическую скорость до желаемой оптимальным образом, 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:
- подавление помех (например, холмы в примере с круиз-контролем выше)
- гарантированная производительность даже при неопределенностях модели , когда структура модели не полностью соответствует реальному процессу и параметры модели неточны
- нестабильные процессы можно стабилизировать
- пониженная чувствительность к изменениям параметров
- улучшена производительность отслеживания ссылок
- улучшенное исправление случайных колебаний [5]
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 .
Логическое управление [ править ]
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]
Вкл-выкл управление [ править ]
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 настройки пользователя (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.
Линейное управление [ править ]
Нечеткая логика [ править ]
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 начинался 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 ссылка ]
Нечеткая электроника — это электронная технология, которая использует нечеткую логику вместо двухзначной логики, более часто используемой в цифровой электронике .
Физическая реализация [ править ]
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 . Широко реконфигурируемое и расширяемое устройство автоматизации (BREAD) — это новейшая платформа, которая предоставляет множество аппаратных устройств с открытым исходным кодом , которые можно подключать для создания более сложных систем сбора данных и управления. [8]
См. также [ править ]
- Автоматизация зданий
- Метод диаграммы коэффициентов
- Теория управления
- Кибернетика
- Распределенная система управления
- Контроль скорости падения
- Образование и подготовка инженеров-электриков и электронщиков
- ЭПИКА
- Хороший регулятор
- Наведение, навигация и контроль
- Иерархическая система управления
- Система управления ОВКВ
- Система промышленного контроля
- Управление движением
- Сетевая система управления
- Числовое управление
- Теория перцептивного контроля
- ПИД-регулятор
- Управление процессом
- Оптимизация процесса
- Программируемый логический контроллер
- Вычисления в реальном времени
- Система выборочных данных
- СКАДА
- ВисСим
Ссылки [ править ]
- ^ «Системы обратной связи и управления» - Дж. Дж. Ди Стеффано, А. Р. Стубберуд, И. Дж. Уильямс. Серия набросков Шаумса, McGraw-Hill, 1967 г.
- ^ Майр, Отто (1970). Истоки управления с обратной связью . Клинтон, Массачусетс, США: The Colonial Press, Inc.
- ^ Майр, Отто (1969). Истоки управления с обратной связью . Клинтон, Массачусетс, США: The Colonial Press, Inc.
- ^ Беххофер, Джон (31 августа 2005 г.). «Отзывы для физиков: Учебное сочинение по управлению» . Обзоры современной физики . 77 (3): 783–836. дои : 10.1103/RevModPhys.77.783 .
- ^ Цао, Ф.Дж.; Фейто, М. (10 апреля 2009 г.). «Термодинамика систем, управляемых с обратной связью» . Физический обзор E . 79 (4): 041118. arXiv : 0805.4824 . дои : 10.1103/PhysRevE.79.041118 .
- ^ Куфальдт, Тони Р. «Глава 6 ЛЕСТНИЧНАЯ ЛОГИКА» . Уроки электрических цепей -- Том IV . Архивировано из оригинала 12 сентября 2010 года . Проверено 22 сентября 2010 г.
- ^ Брейди, Ян. «Программируемые логические контроллеры – преимущества и применение» (PDF) . ПЛК . Архивировано (PDF) из оригинала 2 февраля 2014 года . Проверено 5 декабря 2011 г.
- ^ Хафтинг, Финн К.; Кулас, Дэниел; Мишельс, Этьен; Чипкар, Сарвада; Вишневский, Стефан; Шоннард, Дэвид; Пирс, Джошуа М. (05 декабря 2023 г.). «Модульная разработка с открытым исходным кодом электроники для мониторинга и управления пиролизным реактором» . Электроника . 12 (24): 4893. doi : 10.3390/electronics12244893 . ISSN 2079-9292 .
Внешние ссылки [ править ]
- SystemControl Создавайте, моделируйте или HWIL контуры управления с помощью Python. Включает фильтр Калмана, контроль LQG и другие.
- Полуавтономное управление полетом - Справочник unmannedaircraft.org
- Control System Toolbox для проектирования и анализа систем управления.
- Производитель систем управления Проектирование и производство систем управления.
- Функции Mathematica для анализа, проектирования и моделирования систем управления.
- Система управления Python (PyConSys). Создавайте и моделируйте контуры управления с помощью Python. AI для настройки параметров ПИД.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
