in de vorige tutorial over elektronische systemen zagen we dat een systeem kan worden gedefinieerd als een verzameling subsystemen die een ingangssignaal sturen of besturen om de gewenste uitgangstoestand te produceren.
De functie van elk elektronisch systeem is het automatisch regelen van de uitgang en het binnen de gewenste ingangswaarde of “instelpunt”van het systeem houden. Als de input van het systeem om welke reden dan ook verandert, moet de output van het systeem dienovereenkomstig reageren en zelf veranderen om de nieuwe inputwaarde weer te geven.,
ook als er iets gebeurt dat de systeemuitvoer verstoort zonder enige verandering in de invoerwaarde, moet de uitvoer reageren door terug te keren naar zijn vorige ingestelde waarde. In het verleden waren elektrische besturingssystemen in principe handmatig of wat wordt genoemd een Open-loop systeem met zeer weinig automatische controle of feedback functies ingebouwd om de proces variabele te regelen om het gewenste uitgangsniveau of waarde te handhaven.
bijvoorbeeld een elektrische wasdroger., Afhankelijk van de hoeveelheid kleding of hoe nat ze zijn, zou een gebruiker of operator een timer (controller) instellen om te zeggen 30 minuten en aan het einde van de 30 minuten zal de droger automatisch stoppen en uitschakelen, zelfs als de kleding nog nat of vochtig was.
in dit geval is de bedieningswerking de handmatige bediener die de vochtigheid van de kleding beoordeelt en het proces (de droger) dienovereenkomstig instelt.
in dit voorbeeld zou de wasdroger een open-lus systeem zijn omdat het de toestand van het uitgangssignaal, dat de droogheid van de kleding is, niet controleert of meet., Dan is de nauwkeurigheid van het droogproces, of het succes van het drogen van de kleding zal afhangen van de ervaring van de gebruiker (operator).
De gebruiker kan het droogproces van het systeem echter op elk moment aanpassen of verfijnen door de droogtijd van de tijdregelaars te verhogen of te verlagen, als hij denkt dat niet aan het oorspronkelijke droogproces zal worden voldaan. Bijvoorbeeld, het verhogen van de timing controller tot 40 minuten om het droogproces te verlengen. Overweeg het volgende open-lus blokdiagram.,
open-lus droogsysteem
dan is een Open-lus systeem, ook wel non-feedback systeem genoemd, een type continu besturingssysteem waarbij de uitgang geen invloed of effect heeft op de regelwerking van het ingangssignaal. Met andere woorden, in een open-loop regelsysteem wordt de output noch gemeten, noch “teruggekoppeld” ter vergelijking met de input. Daarom wordt van een open-loop systeem verwacht dat het zijn invoeropdracht of instelpunt trouw volgt, ongeacht het eindresultaat.,
ook heeft een open-loop systeem geen kennis van de uitvoerconditie, dus kan het geen fouten zelf corrigeren die het zou kunnen maken wanneer de vooraf ingestelde waarde drifteert, zelfs als dit resulteert in grote afwijkingen van de vooraf ingestelde waarde.
een ander nadeel van open-lussystemen is dat ze slecht zijn uitgerust om storingen of veranderingen in de omstandigheden aan te kunnen die het vermogen om de gewenste taak te voltooien kunnen verminderen. Zo gaat de drogerdeur open en gaat er warmte verloren., De timing controller blijft ongeacht voor de volledige 30 minuten, maar de kleding wordt niet verwarmd of gedroogd aan het einde van het droogproces. Dit komt omdat er geen informatie wordt teruggestuurd om een constante temperatuur te handhaven.
dan kunnen we zien dat open-loop systeemfouten het droogproces kunnen verstoren en daarom extra toezicht van een gebruiker (operator) vereist., Het probleem met deze anticiperende controle benadering is dat de gebruiker zou moeten kijken naar de procestemperatuur vaak en nemen corrigerende controle actie wanneer het droogproces afwijkt van de gewenste waarde van het drogen van de kleding., Dit type handmatige open-lusregeling die reageert voordat een fout daadwerkelijk optreedt, wordt Feed forward Control
genoemd.het doel van feed forward control, ook bekend als predictive control, is het meten of voorspellen van eventuele open-lus storingen en deze handmatig te compenseren voordat de gecontroleerde variabele te ver afwijkt van het oorspronkelijke instelpunt. Dus voor ons eenvoudige voorbeeld hierboven, als de droger deur open was zou worden gedetecteerd en gesloten waardoor het droogproces voort te zetten.,
indien correct toegepast, zou de afwijking van natte kleding naar droge kleding aan het einde van de 30 minuten minimaal zijn als de gebruiker zeer snel op de foutsituatie reageerde (deur open). Deze feed forward aanpak kan echter niet volledig nauwkeurig zijn als het systeem verandert, bijvoorbeeld de daling van de droogtemperatuur werd niet opgemerkt tijdens het 30 minuten proces.
dan kunnen we de belangrijkste kenmerken van een “Open-loop systeem” definiëren als:
- Er is geen vergelijking tussen werkelijke en gewenste waarden.,
- een open-loop systeem heeft geen zelfregulatie of controle actie over de uitgangswaarde.
- elke ingangsinstelling bepaalt een vaste werkpositie voor de regelaar.
- veranderingen of storingen in externe omstandigheden resulteren niet in een directe output verandering (tenzij de controller instelling handmatig wordt gewijzigd).
elk open-loopsysteem kan worden weergegeven als meerdere cascadeblokken in serie of als een enkel blokdiagram met een input en output., Het blokdiagram van een open-loopsysteem laat zien dat het signaalpad van input naar output een lineair pad zonder terugkoppelingslus vertegenwoordigt en voor elk type besturingssysteem krijgt de ingang de aanduiding θi en de uitgang θo.
in het algemeen hoeven we het open-loop blokdiagram niet te manipuleren om de werkelijke overdrachtsfunctie te berekenen. We kunnen gewoon de juiste relaties of vergelijkingen van elk blokdiagram opschrijven en dan de uiteindelijke overdrachtsfunctie van deze vergelijkingen berekenen zoals getoond.,3>
De Overdracht van de Functie van elk blok is dus:
De totale transfer functie is gegeven als:
Dan is de Open-loop Gain is gegeven, gewoon zoals:
Wanneer G staat voor de Transfer Functie van het systeem of subsysteem, het kan herschreven worden als: G(s) = θo(s)/θi(s)
Open-loop control systemen worden vaak gebruikt met processen die vereisen dat de volgorde van de gebeurtenissen met de hulp van de “ON-OFF” – signalen., Bijvoorbeeld een wasmachine die vereist dat het water wordt ingeschakeld ” ON “en vervolgens wanneer vol wordt uitgeschakeld” OFF “gevolgd door het verwarmingselement wordt ingeschakeld” ON “om het water te verwarmen en vervolgens bij een geschikte temperatuur wordt uitgeschakeld” OFF”, enzovoort.
dit type” ON-OFF ” open-lusregeling is geschikt voor systemen waarbij de veranderingen in de belasting langzaam optreden en het proces zeer traag werkt, waardoor incidentele veranderingen in de regelwerking door een bediener noodzakelijk zijn.,
open-loop besturingssystemen samenvatting
we hebben gezien dat een controller zijn ingangen kan manipuleren om het gewenste effect op de output van een systeem te verkrijgen. Een type besturingssysteem waarbij de uitgang geen invloed of effect heeft op de regelwerking van het ingangssignaal wordt een Open-loop systeem genoemd.
een ” open-loopsysteem “wordt gedefinieerd door het feit dat het uitgangssignaal of de uitgangssituatie niet wordt gemeten of” teruggestuurd ” ter vergelijking met het ingangssignaal of het instelpunt van het systeem. Daarom worden open-lussystemen gewoonlijk aangeduid als”Non-feedback-systemen”.,
aangezien een open-loop systeem geen feedback gebruikt om te bepalen of de vereiste output werd bereikt, “veronderstelt” het dat het gewenste doel van de input succesvol was, omdat het geen fouten kan corrigeren die het zou kunnen maken, en dus geen externe storingen in het systeem kan compenseren.
Open-loop motorbesturing
dus neem bijvoorbeeld de DC motorbesturing aan zoals getoond. De rotatiesnelheid van de motor hangt af van de spanning die door de potentiometer aan de versterker (de regelaar) wordt geleverd., De waarde van het inputvoltage zou evenredig aan de positie van de potentiometer kunnen zijn.
als de potentiometer naar de top van de weerstand wordt verplaatst, wordt de maximale positieve spanning geleverd aan de versterker die het volledige toerental vertegenwoordigt. Ook als de potentiometerwisser naar de bodem van de weerstand wordt verplaatst, wordt nulspanning geleverd die een zeer lage snelheid of stop vertegenwoordigt.,
dan vertegenwoordigt de positie van de schuifregelaar van de potentiometers de ingang, θi die wordt versterkt door de versterker (controller) om de DC-motor (proces) aan te drijven met een ingestelde snelheid N die de uitgang, θo van het systeem voorstelt. De motor zal blijven draaien op een vaste snelheid bepaald door de positie van de potentiometer.
aangezien het signaalpad van de ingang naar de uitgang een direct pad is dat geen deel uitmaakt van een lus, zal de totale versterking van het systeem de cascade-waarden zijn van de individuele winsten van de potentiometer, versterker, motor en belasting., Het is duidelijk wenselijk dat de Uitgangssnelheid van de motor identiek is aan de positie van de potentiometer, waardoor de totale winst van het systeem als eenheid wordt verkregen.
de individuele winsten van de potentiometer, versterker en motor kunnen echter in de loop van de tijd variëren met veranderingen in voedingsspanning of-temperatuur, of de belasting van de motor kan toenemen als gevolg van externe storingen in het open-loop motorbesturingssysteem.,
maar de gebruiker zal zich uiteindelijk bewust worden van de verandering in de prestaties van het systeem (verandering in motortoerental) en kan dit corrigeren door het ingangssignaal van de potentiometers dienovereenkomstig te verhogen of te verlagen om de oorspronkelijke of gewenste snelheid te behouden.
De voordelen van dit type “open-loop motorbesturing” zijn dat het mogelijk goedkoop en eenvoudig te implementeren is, waardoor het ideaal is voor gebruik in welomschreven systemen waar de relatie tussen input en output direct is en niet beïnvloed wordt door externe storingen., Helaas is dit type open-loop systeem onvoldoende omdat variaties of storingen in het systeem De snelheid van de motor beïnvloeden. Dan is een andere vorm van controle vereist.
in de volgende tutorial over elektronicasystemen zullen we kijken naar het effect van het terugvoeren van een deel van het uitgangssignaal naar de ingang, zodat de systeembesturing gebaseerd is op het verschil tussen de werkelijke en gewenste waarden. Dit type elektronica besturingssysteem wordt Closed-loop Control genoemd.,
