Steuerungssysteme: Was sind sie? (Beispiele für offene und geschlossene Steuerungssysteme)

Was ist ein Regelkreis?

Ein Regelkreis wird definiert als ein System von Geräten, das andere Geräte oder Systeme verwalten, befehligen, leiten oder reguliert, um ein gewünschtes Ergebnis zu erzielen. Ein Regelkreis erreicht dies durch Steuerkreise, die dazu ausgelegt sind, eine Prozessvariable auf einen gewünschten Sollwert zu halten.

Mit anderen Worten kann die Definition eines Regelkreises vereinfacht werden als ein System, das andere Systeme steuert. Da die menschliche Zivilisation sich Tag für Tag modernisiert, nimmt auch die Nachfrage nach Automatisierung zu. Die Automatisierung erfordert die Kontrolle über Systeme interagierender Geräte.

In den letzten Jahren haben Regelkreise eine zentrale Rolle in der Entwicklung und dem Fortschritt der modernen Technologie und Zivilisation gespielt. Praktisch jeder Aspekt unseres täglichen Lebens wird mehr oder weniger von einem bestimmten Regelkreis beeinflusst.

Beispiele für Regelkreise im Alltag sind eine Klimaanlage, ein Kühlschrank, eine Klimaanlage, ein Toilettenwassertank, ein automatischer Bügeleisen und viele Prozesse innerhalb eines Autos – wie zum Beispiel die Tempomatfunktion.

In industriellen Umgebungen finden wir Regelkreise in der Qualitätskontrolle von Produkten, Waffensystemen, Verkehrssystemen, Energiesystemen, Raumfahrttechnologie, Robotik und vieles mehr.

Die Grundsätze der Regelungstheorie sind sowohl auf Ingenieurwissenschaften als auch auf nicht-ingenieurwissenschaftliche Bereiche anwendbar. Sie können mehr über Regelkreise erfahren, indem Sie unsere Regelkreis MCQs studieren.

Eigenschaften eines Regelkreises

Das Hauptmerkmal eines Regelkreises besteht darin, dass es eine klare mathematische Beziehung zwischen Eingang und Ausgang des Systems geben sollte.

Wenn die Beziehung zwischen Eingang und Ausgang des Systems durch eine lineare Proportionalität dargestellt werden kann, wird das System als linearer Regelkreis bezeichnet.

Wiederum, wenn die Beziehung zwischen Eingang und Ausgang nicht durch eine einzelne lineare Proportionalität dargestellt werden kann, sondern Eingang und Ausgang durch eine nichtlineare Beziehung verbunden sind, wird das System als nichtlinearer Regelkreis bezeichnet.

Anforderungen an einen guten Regelkreis

Genauigkeit: Genauigkeit ist die Messgenauigkeit des Instruments und definiert die Grenzen der Fehler, die bei der Verwendung des Instruments unter normalen Betriebsbedingungen gemacht werden.

Die Genauigkeit kann durch die Verwendung von Rückkopplungselementen verbessert werden. Um die Genauigkeit eines beliebigen Regelkreises zu erhöhen, sollte ein Fehlerdetektor im Regelkreis vorhanden sein.

Empfindlichkeit: Die Parameter eines Regelkreises ändern sich stets mit den Bedingungen in der Umgebung, internen Störungen oder anderen Parametern.

Diese Änderung kann in Form der Empfindlichkeit ausgedrückt werden. Jedes Regelungssystem sollte gegenüber solchen Parametern unempfindlich, aber empfindlich gegenüber Eingangssignalen sein.

Rauschen: Ein unerwünschtes Eingangssignal wird als Rauschen bezeichnet. Ein gutes Regelungssystem sollte in der Lage sein, den Rauscheffekt zu reduzieren, um eine bessere Leistung zu erzielen.

Stabilität: Es ist eine wichtige Eigenschaft des Regelkreises. Für ein beschränktes Eingangssignal muss das Ausgangssignal ebenfalls beschränkt sein, und wenn das Eingangssignal Null ist, dann muss auch das Ausgangssignal Null sein. Dann wird ein solches Regelungssystem als stabiles System bezeichnet.

Bandbreite: Der Frequenzbereich bestimmt die Bandbreite des Regelkreises. Die Bandbreite sollte so groß wie möglich sein, um die Frequenzantwort eines guten Regelkreises zu gewährleisten.

Geschwindigkeit: Es ist die Zeit, die das Regelkreissystem benötigt, um seine stabile Ausgabe zu erreichen. Ein gutes Regelkreissystem verfügt über eine hohe Geschwindigkeit. Die Übergangszeit für ein solches System ist sehr klein.

Oszillation: Eine kleine Anzahl von Oszillationen oder konstante Oszillationen des Ausgangs deuten darauf hin, dass das System stabil ist.

Arten von Regelkreisen

Es gibt verschiedene Arten von Regelkreisen, aber alle wurden geschaffen, um Ausgänge zu steuern. Das System, das zur Steuerung der Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Temperatur, Druck, Spannung und Strom usw. verwendet wird, sind Beispiele für Regelkreise.

Nehmen wir als Beispiel den einfachen Raumtemperaturregler, um den Begriff zu verdeutlichen. Angenommen, es gibt ein einfaches Heizelement, das solange erhitzt wird, wie die elektrische Stromversorgung eingeschaltet ist.

Solange der Netzstecker des Heizgeräts eingeschaltet ist, steigt die Raumtemperatur. Nach Erreichen der gewünschten Raumtemperatur wird die Stromversorgung abgeschaltet.

Wegen der Umgebungstemperatur fällt die Raumtemperatur wieder, und dann wird das Heizelement manuell eingeschaltet, um die gewünschte Raumtemperatur erneut zu erreichen. Auf diese Weise kann man die Raumtemperatur auf dem gewünschten Niveau manuell steuern. Dies ist ein Beispiel für ein manuelles Regelungssystem.

Dieses System kann weiter verbessert werden, indem eine Zeitschaltanordnung der Stromversorgung verwendet wird, bei der die Versorgung des Heizelements in vorbestimmten Intervallen ein- und ausgeschaltet wird, um das gewünschte Temperaturniveau des Raums zu erreichen.

Es gibt eine weitere verbesserte Möglichkeit, die Raumtemperatur zu steuern. Hier misst ein