Systemy sterowania: Co to są? (Przykłady systemów sterowania otwartego i zamkniętego)

Co to jest system sterowania?

System sterowania definiuje się jako system urządzeń zarządzających, kontrolujących, kierujących lub regulujących zachowanie innych urządzeń lub systemów w celu osiągnięcia pożądanego rezultatu. System sterowania osiąga to za pomocą pętli sterujących, które są procesem zaprojektowanym do utrzymania zmiennej procesowej na pożądanej wartości ustawionej.

Innymi słowy, definicja systemu sterowania może być uproszczona jako system, który kontroluje inne systemy. W miarę jak cywilizacja ludzka jest coraz bardziej nowoczesna, wzrasta również popyt na automatyzację. Automatyzacja wymaga kontroli nad systemami interaktywnych urządzeń.

W ostatnich latach systemy sterowania odegrały kluczową rolę w rozwoju i postępie nowoczesnej technologii i cywilizacji. Prawie każdy aspekt naszego codziennego życia jest w większym lub mniejszym stopniu dotknięty przez jakiś rodzaj systemu sterowania.

Przykładami systemów sterowania w codziennym życiu są klimatyzator, lodówka, klimatyzator, zbiornik sedesowy, żelazko automatyczne oraz wiele procesów w samochodzie – takich jak tempomat.

W środowisku przemysłowym znajdujemy systemy sterowania w kontroli jakości produktów, systemach uzbrojenia, systemach transportowych, systemach energetycznych, technologii kosmicznej, robotyce i wielu innych dziedzinach.

Zasady teorii sterowania są stosowane zarówno w inżynierii, jak i poza nią. Więcej o systemach sterowania można dowiedzieć się, studiując nasze pytania zamknięte dotyczące systemów sterowania.

Cechy systemu sterowania

Główną cechą systemu sterowania jest jasny matematyczny związek między wejściem i wyjściem systemu.

Gdy relacja między wejściem i wyjściem systemu może być reprezentowana proporcjonalnością liniową, system nazywany jest liniowym systemem sterowania.

Kiedy związek między wejściem a wyjściem nie może być przedstawiony jednym liniowym proporcjonalnym związkiem, a zamiast tego wejście i wyjście są związane przez pewien nieliniowy związek, system nazywany jest nieliniowym systemem sterowania.

Wymagania dla dobrego systemu sterowania

Dokładność: Dokładność to tolerancja pomiarowa instrumentu, która określa granice błędów popełnianych podczas używania instrumentu w normalnych warunkach pracy.

Dokładność można poprawić, używając elementów sprzężenia zwrotnego. Aby zwiększyć dokładność dowolnego systemu sterowania, powinien on zawierać detektor błędu.

Czułość: Parametry systemu sterowania zawsze zmieniają się wraz ze zmianą warunków otoczenia, zakłóceń wewnętrznymi lub innymi parametrami.

Ta zmiana może być wyrażona w terminach czułości. Każdy system sterujący powinien być nieczuły na takie parametry, ale czuły tylko na sygnały wejściowe.

Szum: Niepożądany sygnał wejściowy nazywany jest szumem. Dobre systemy sterujące powinny być w stanie zmniejszyć wpływ szumu dla lepszej wydajności.

Stabilność: Jest to ważne cechy systemu sterowania. Dla ograniczonego sygnału wejściowego, sygnał wyjściowy musi być również ograniczony, a jeśli sygnał wejściowy wynosi zero, to sygnał wyjściowy również musi wynosić zero, taki system sterowania nazywany jest stabilnym systemem.

Pasmo przenoszenia: Zakres częstotliwości operacyjnych decyduje o pasmie przenoszenia systemu sterowania. Pasmo przenoszenia powinno być jak największe dla odpowiedzi częstotliwościowej dobrego systemu sterowania.

Szybkość: To czas potrzebny systemowi sterowania, aby osiągnąć stabilny sygnał wyjściowy. Dobry system sterujący ma wysoką szybkość. Okres przejściowy dla takiego systemu jest bardzo krótki.

Oscylacje: Mała liczba oscylacji lub stałe oscylacje sygnału wyjściowego wskazują na stabilność systemu.

Rodzaje systemów sterowania

Istnieje wiele rodzajów systemów sterowania, ale wszystkie są tworzone, aby kontrolować wyjścia. Przykładami systemów sterowania są systemy używane do sterowania pozycją, prędkością, przyspieszeniem, temperaturą, ciśnieniem, napięciem i prądem itp.

Weźmy przykład prostego regulatora temperatury pokoju, aby wyjaśnić pojęcie. Załóżmy, że mamy prosty element grzewczy, który jest nagrzewany, dopóki zasilanie elektryczne jest włączone.

Dopóki zasilanie elementu grzewczego jest włączone, temperatura pokoju rośnie, a po osiągnięciu pożądanej temperatury pokoju, zasilanie jest wyłączone.

Z powodu temperatury otoczenia, temperatura pokoju spada, a następnie ręcznie element grzewczy jest ponownie włączony, aby ponownie osiągnąć pożądane temperaturę pokoju. W ten sposób można ręcznie kontrolować temperaturę pokoju na pożądanych poziomach. Jest to przykład systemu sterowania ręcznego.

Ten system można dalej poprawić, używając układu przełączania zasilania z ustawieniem czasu, gdzie zasilanie do elementu grzewczego jest włączane i wyłączane w określonym interwale, aby osiągnąć pożądany poziom temperatury pokoju.