Hệ thống Điều khiển: Chúng là gì? (Ví dụ về Hệ thống Điều khiển Mở và Đóng)

Hệ thống điều khiển là gì?

Hệ thống điều khiển được định nghĩa là hệ thống các thiết bị quản lý, chỉ huy, hướng dẫn hoặc điều chỉnh hành vi của các thiết bị hoặc hệ thống khác để đạt được kết quả mong muốn. Hệ thống điều khiển đạt được điều này thông qua các vòng điều khiển, đây là quy trình được thiết kế để duy trì biến số quá trình ở điểm đặt mong muốn.

Nói cách khác, định nghĩa của hệ thống điều khiển có thể được đơn giản hóa thành một hệ thống, điều khiển các hệ thống khác. Khi xã hội nhân loại ngày càng hiện đại, nhu cầu tự động hóa cũng tăng theo. Tự động hóa đòi hỏi phải kiểm soát các hệ thống tương tác với nhau.

Trong những năm gần đây, hệ thống điều khiển đã đóng vai trò trung tâm trong sự phát triển và tiến bộ của công nghệ và văn minh hiện đại. Gần như mọi khía cạnh trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta đều bị ảnh hưởng ít nhiều bởi một loại hệ thống điều khiển nào đó.

Một số ví dụ về hệ thống điều khiển trong cuộc sống hàng ngày của bạn bao gồm máy lạnh, tủ lạnh, máy lạnh, bể xả nước trong nhà vệ sinh, bàn ủi tự động, và nhiều quá trình trong ô tô – chẳng hạn như điều khiển hành trình.

Trong môi trường công nghiệp, chúng ta tìm thấy hệ thống điều khiển trong kiểm soát chất lượng sản phẩm, hệ thống vũ khí, hệ thống giao thông, hệ thống điện, công nghệ không gian, robot học, và nhiều hơn nữa.

Nguyên tắc của lý thuyết điều khiển có thể áp dụng cho cả lĩnh vực kỹ thuật và phi kỹ thuật. Bạn có thể tìm hiểu thêm về hệ thống điều khiển bằng cách nghiên cứu câu hỏi trắc nghiệm về hệ thống điều khiển của chúng tôi.

Tính năng của hệ thống điều khiển

Tính năng chính của hệ thống điều khiển là phải có mối quan hệ toán học rõ ràng giữa đầu vào và đầu ra của hệ thống.

Khi mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra của hệ thống có thể được biểu diễn bằng tỷ lệ tuyến tính, hệ thống được gọi là hệ thống điều khiển tuyến tính.

Lại khi mối quan hệ giữa đầu vào và đầu ra không thể được biểu diễn bằng tỷ lệ tuyến tính, mà thay vào đó đầu vào và đầu ra liên quan đến nhau bởi một mối quan hệ phi tuyến, thì hệ thống được gọi là hệ thống điều khiển phi tuyến.

Nhu cầu của một hệ thống điều khiển tốt

Độ chính xác: Độ chính xác là giới hạn đo lường của thiết bị và xác định giới hạn của lỗi khi thiết bị được sử dụng trong điều kiện hoạt động bình thường.

Độ chính xác có thể được cải thiện bằng cách sử dụng các yếu tố phản hồi. Để tăng độ chính xác của bất kỳ hệ thống điều khiển nào, nên có bộ phát hiện lỗi trong hệ thống điều khiển.

Độ nhạy: Các tham số của hệ thống điều khiển luôn thay đổi theo điều kiện xung quanh, nhiễu nội bộ, hoặc bất kỳ tham số nào khác.

Sự thay đổi này có thể được biểu diễn dưới dạng độ nhạy. Bất kỳ hệ thống điều khiển nào cũng nên không nhạy cảm với các tham số này, nhưng chỉ nhạy cảm với tín hiệu đầu vào.

Tiếng ồn: Tín hiệu đầu vào không mong muốn được gọi là tiếng ồn. Một hệ thống điều khiển tốt nên có thể giảm thiểu ảnh hưởng của tiếng ồn để cải thiện hiệu suất.

Độ ổn định: Đây là đặc tính quan trọng của hệ thống điều khiển. Đối với tín hiệu đầu vào có giới hạn, tín hiệu đầu ra cũng phải có giới hạn, và nếu tín hiệu đầu vào là không, thì tín hiệu đầu ra cũng phải là không, thì hệ thống điều khiển như vậy được coi là hệ thống ổn định.

Dải băng thông: Dải tần số hoạt động quyết định dải băng thông của hệ thống điều khiển. Dải băng thông nên lớn nhất có thể cho phản ứng tần số của hệ thống điều khiển tốt.

Tốc độ: Đó là thời gian mà hệ thống điều khiển cần để đạt được đầu ra ổn định. Một hệ thống điều khiển tốt có tốc độ cao. Thời gian chuyển tiếp cho hệ thống như vậy rất nhỏ.

Oscillation: Số lượng dao động nhỏ hoặc dao động liên tục của đầu ra có xu hướng cho thấy hệ thống ổn định.

Loại hệ thống điều khiển

Có nhiều loại hệ thống điều khiển, nhưng tất cả chúng đều được tạo ra để điều khiển đầu ra. Hệ thống được sử dụng để điều khiển vị trí, vận tốc, gia tốc, nhiệt độ, áp suất, điện áp, dòng điện, v.v. là các ví dụ về hệ thống điều khiển.

Hãy lấy ví dụ về bộ điều khiển nhiệt độ phòng đơn giản, để làm rõ khái niệm. Giả sử có một phần tử đốt nóng, sẽ được đun nóng miễn là nguồn điện được bật.

Miễn là công tắc nguồn của bộ sưởi được bật, nhiệt độ phòng sẽ tăng lên và sau khi đạt được nhiệt độ mong muốn, nguồn điện sẽ được tắt.

Lại do nhiệt độ môi trường, nhiệt độ phòng giảm, và sau đó phần tử đốt nóng được bật lại để đạt được nhiệt độ mong muốn. Cứ như vậy, người ta có thể điều khiển nhiệt độ phòng ở mức mong muốn bằng cách thủ công. Đây là ví dụ về hệ thống điều khiển thủ công.

Hệ thống này có thể được cải thiện hơn nữa bằng cách sử dụng cơ chế chuyển mạch theo thời gian, trong đó nguồn điện cung cấp cho phần tử đốt nóng được bật và tắt theo khoảng thời gian đã định để đạt được mức nhiệt độ mong muốn của phòng.

Có một cách cải tiến khác để điều khiển nhiệt độ phòng. Ở đây, một cảm biến