Системы управления: что это такое? (Примеры систем управления с открытым и закрытым контуром)

Что такое система управления?

Система управления определяется как система устройств, управляющая, командующая, направляющая или регулирующая поведение других устройств или систем для достижения желаемого результата. Система управления достигает этого через управляющие контуры, которые являются процессом, предназначенным для поддержания переменной процесса на заданном уровне.

Другими словами, определение системы управления можно упростить как системы, которая управляет другими системами. По мере того, как человеческая цивилизация становится все более современной, потребность в автоматизации также увеличивается. Автоматизация требует контроля над системами взаимодействующих устройств.

В последние годы системы управления играют центральную роль в развитии и совершенствовании современных технологий и цивилизации. Практически каждый аспект нашей повседневной жизни так или иначе затрагивается какой-либо системой управления.

Примеры систем управления в вашей повседневной жизни включают кондиционер, холодильник, кондиционер, бачок унитаза, автоматический утюг и многие процессы в автомобиле, такие как круиз-контроль.

В промышленных условиях мы находим системы управления в контроле качества продукции, системах вооружений, транспортных системах, энергетических системах, космической технике, робототехнике и многое другое.

Принципы теории управления применимы как к инженерным, так и к неинженерным областям. Вы можете узнать больше о системах управления, изучив наши тестовые вопросы по системам управления.

Характеристики системы управления

Основная характеристика системы управления заключается в том, что должна существовать четкая математическая связь между входом и выходом системы.

Когда связь между входом и выходом системы может быть представлена линейной пропорциональностью, система называется линейной системой управления.

Опять же, когда связь между входом и выходом не может быть представлена одной линейной пропорциональностью, а вход и выход связаны некоторым нелинейным отношением, система называется нелинейной системой управления.

Требования к хорошей системе управления

Точность: Точность является мерой допустимых погрешностей прибора и определяет пределы ошибок, возникающих при использовании прибора в нормальных условиях эксплуатации.

Точность можно улучшить с помощью обратных связей. Для увеличения точности любой системы управления должен присутствовать детектор ошибок.

Чувствительность: Параметры системы управления постоянно меняются в зависимости от изменения окружающих условий, внутренних помех или любых других параметров.

Эти изменения можно выразить в терминах чувствительности. Любая система управления должна быть нечувствительна к таким параметрам, но чувствительна только к входным сигналам.

Шум: Нежелательный входной сигнал называется шумом. Хорошая система управления должна уметь уменьшать влияние шума для лучшей производительности.

Устойчивость: Это важная характеристика системы управления. При ограниченном входном сигнале выход должен быть ограничен, и если вход равен нулю, то выход также должен быть нулевым, тогда такая система управления считается устойчивой.

Полоса пропускания: Диапазон рабочих частот определяет полосу пропускания системы управления. Полоса пропускания должна быть максимально возможной для частотного отклика хорошей системы управления.

Скорость: Это время, за которое система управления достигает своего устойчивого выхода. Хорошая система управления обладает высокой скоростью. Переходный период для такой системы очень мал.

Колебания: Небольшое количество колебаний или постоянные колебания выхода указывают на стабильность системы.

Типы систем управления

Существует множество типов систем управления, но все они созданы для управления выходами. Системы, используемые для управления положением, скоростью, ускорением, температурой, давлением, напряжением, током и т.д., являются примерами систем управления.

Рассмотрим пример простого контроллера температуры комнаты, чтобы прояснить концепцию. Предположим, есть простой нагревательный элемент, который нагревается, пока электричество подается.

Пока переключатель питания нагревателя включен, температура в комнате повышается, и после достижения желаемой температуры питания отключаются.

Затем, из-за внешней температуры, температура в комнате снижается, и нагревательный элемент снова включается, чтобы достичь желаемой температуры. Таким образом, можно вручную контролировать температуру в комнате на желаемом уровне. Это пример ручной системы управления.

Эту систему можно улучшить, используя таймерное переключение питания, где питание нагревательного элемента включается и выключается в заранее установленные интервалы, чтобы достичь желаемого уровня температуры в комнате.

Есть еще один улучшенный способ управления температурой в комнате. Здесь один датчик измеряет разницу между фактической и желаемой температурой