i den tidigare handledningen om elektroniska system såg vi att ett system kan definieras som en samling delsystem som styr eller styr en ingångssignal för att producera önskat utgångstillstånd.
funktionen hos ett elektroniskt system är att automatiskt reglera utmatningen och hålla den inom de system som önskas ingångsvärde eller ”börvärde”. Om systemets inmatning ändras av någon anledning måste systemets utmatning svara i enlighet med detta och ändra sig för att återspegla det nya inmatningsvärdet.,
På samma sätt, om något händer störa systemets utmatning utan någon förändring av inmatningsvärdet, måste utmatningen svara genom att återgå till sitt tidigare inställda värde. Tidigare var elektriska styrsystem i grunden manuella eller vad som kallas ett open-loop-System med mycket få automatiska styr-eller återkopplingsfunktioner inbyggda för att reglera processvariabeln för att bibehålla önskad utgångsnivå eller värde.
till exempel en elektrisk torktumlare., Beroende på mängden kläder eller hur våta de är, skulle en användare eller operatör ställa in en timer (controller) att säga 30 minuter och i slutet av 30 minuter torktumlaren automatiskt stoppa och stänga av även om kläderna där fortfarande våt eller fuktig.
i detta fall är kontrollåtgärden den manuella operatören som bedömer klädernas våthet och ställer in processen (torktumlaren) i enlighet därmed.
så i det här exemplet skulle torktumlaren vara ett open-loop-system eftersom det inte övervakar eller mäter utsignalens tillstånd, vilket är klädernas torrhet., Då beror noggrannheten i torkningsprocessen eller framgången med att torka kläderna på användarens erfarenhet (operatör).
användaren kan dock justera eller finjustera torkningen av systemet när som helst genom att öka eller minska timing styrenheter torktid, om de tror att den ursprungliga torkningen inte kommer att uppfyllas. Till exempel ökar timingstyrenheten till 40 minuter för att förlänga torkningen. Beakta följande open-loop blockschema.,
Open-loop torksystem
då är ett open-loop-system, även kallat non-feedback-system, en typ av kontinuerligt styrsystem där utgången inte har någon inverkan eller effekt på insignalens styrverkan. Med andra ord, i ett open-loop-styrsystem mäts utmatningen varken eller ”matas tillbaka” för jämförelse med ingången. Därför förväntas ett open-loop-system troget följa sitt inmatningskommando eller börvärde oavsett slutresultatet.,
dessutom har ett open-loop-system ingen kunskap om utgångsläget så det går inte att själv korrigera eventuella fel som det kan göra när det förinställda värdet körs, även om detta resulterar i stora avvikelser från det förinställda värdet.
en annan nackdel med system med öppen slinga är att de är dåligt utrustade för att hantera störningar eller förändringar i de förhållanden som kan minska dess förmåga att slutföra önskad uppgift. Till exempel öppnar torktumlaren dörren och värmen går förlorad., Timing controller fortsätter oavsett för hela 30 minuter men kläderna inte värms eller torkas i slutet av torkningen. Detta beror på att det inte finns någon information som matas tillbaka för att upprätthålla en konstant temperatur.
då kan vi se att systemfel med öppen slinga kan störa torkningen och kräver därför extra övervakning av en användare (operatör)., Problemet med denna förutseende kontrollmetod är att användaren skulle behöva titta på processtemperaturen ofta och vidta korrigerande kontrollåtgärder när torkningen avviker från det önskade värdet av att torka kläderna., Denna typ av manuell öppen loop-kontroll som reagerar innan ett fel faktiskt inträffar kallas Feed forward Control
syftet med feed forward control, även känd som predictive control, är att mäta eller förutsäga eventuella öppna loop-störningar och kompensera för dem manuellt innan den kontrollerade variabeln avviker för långt från den ursprungliga börvärdet. Så för vårt enkla exempel ovan, om torktumlarens dörr var öppen skulle det upptäckas och stängas så att torkningen kan fortsätta.,
om den tillämpas korrekt, skulle avvikelsen från våta kläder till torra kläder i slutet av 30 minuter vara minimal om användaren svarade på felsituationen (dörren öppen) mycket snabbt. Detta framåtriktat tillvägagångssätt kan dock inte vara helt korrekt om systemet ändras, till exempel var minskningen av torkningstemperaturen inte märkt under 30-minutersprocessen.
då kan vi definiera huvudegenskaperna för ett ”open-loop system” som:
- Det finns ingen jämförelse mellan faktiska och önskade värden.,
- ett open-loop-system har ingen självreglering eller kontrollåtgärd över utgångsvärdet.
- varje inmatningsinställning bestämmer en fast driftsposition för regulatorn.
- förändringar eller störningar i yttre förhållanden leder inte till en direkt utmatningsändring (om inte regulatorinställningen ändras manuellt).
alla open-loop system kan representeras som flera cascaded block i serie eller ett enda block diagram med en ingång och utgång., Blockschemat för ett open-loop-system visar att signalbanan från ingång till utgång representerar en linjär väg utan återkopplingsslinga och för alla typer av styrsystem ges ingången beteckningen θi och utgången θo.
generellt behöver vi inte manipulera blockschemat för att beräkna dess faktiska överföringsfunktion. Vi kan bara skriva ner rätt relationer eller ekvationer från varje blockdiagram och sedan beräkna den slutliga överföringsfunktionen från dessa ekvationer som visas.,3>
Överföringsfunktionen för varje block är därför:
den totala överföringsfunktionen ges som:
då open-loop förstärkningen ges helt enkelt som:
när g representerar överföringsfunktionen för systemet eller delsystemet, kan det skrivas om som: g(s) = θo(s)/θi(s)
Open-Loop styrsystem används ofta med processer som kräver sekvensering av händelser med hjälp av ”On-Off” signaler. – herr talman!, Till exempel en tvättmaskiner som kräver att vattnet ska slås på ”PÅ ”och sedan när full är avstängd” OFF ”följt av att värmeelementet slås på” ON ”för att värma vattnet och sedan vid en lämplig temperatur är avstängd” OFF”, och så vidare.
denna typ av ”ON-OFF” open-loop-kontroll är lämplig för system där belastningsförändringarna sker långsamt och processen är mycket långsam, vilket kräver sällsynta ändringar av en operatörs kontrollåtgärd.,
sammanfattning av Open-loop Control Systems
Vi har sett att en styrenhet kan manipulera sina ingångar för att få önskad effekt på systemets utmatning. En typ av styrsystem där utgången inte har någon inverkan eller effekt på ingångssignalens styrverkan kallas ett open-loop-system.
ett” open-loop system ”definieras av det faktum att utgångssignalen eller tillståndet varken mäts eller matas tillbaka för jämförelse med ingångssignalen eller systemets börpunkt. Därför kallas Open-loop-System vanligen ”icke-återkopplingssystem”.,
eftersom ett open-loop-system inte använder återkoppling för att avgöra om den önskade utmatningen uppnåddes, förutsätter det också att det önskade målet för inmatningen var framgångsrikt eftersom det inte kan korrigera eventuella fel som det kan göra, och kan därför inte kompensera för eventuella externa störningar i systemet.
öppen slinga motorstyrning
så till exempel anta DC-motorstyrenheten som visas. Motorns rotationshastighet beror på spänningen som levereras till förstärkaren (regulatorn) av potentiometern., Värdet på ingångsspänningen kan vara proportionellt mot potentiometerns position.
om potentiometern flyttas till toppen av motståndet kommer den maximala positiva spänningen att levereras till förstärkaren som representerar full hastighet. På samma sätt, om potentiometertorkaren flyttas till botten av motståndet, levereras nollspänning som representerar en mycket långsam hastighet eller stopp.,
då representerar positionen för potentiometrar reglaget ingången, θi som förstärks av förstärkaren (regulatorn) för att driva likströmsmotorn (processen) vid en inställd hastighet N som representerar utgången, θo av systemet. Motorn fortsätter att rotera med en fast hastighet bestämd av potentiometerns läge.
eftersom signalvägen från ingången till utgången är en direkt väg som inte utgör en del av någon slinga, kommer den totala förstärkningen av systemet de kaskaderade värdena för de enskilda vinsterna från potentiometern, förstärkaren, motorn och belastningen., Det är klart önskvärt att motorns utgångshastighet ska vara identisk med potentiometerns position, vilket ger systemets övergripande vinst som enhet.
de individuella vinsterna av potentiometern, förstärkaren och motorn kan dock variera över tiden med förändringar i Matningsspänning eller temperatur, eller motorns belastning kan öka som representerar yttre störningar i det öppna motorstyrsystemet.,
men användaren kommer så småningom att bli medveten om förändringen i systemets prestanda (förändring i motorvarvtalet) och kan korrigera det genom att öka eller minska potentiometrar insignalen i enlighet därmed för att bibehålla den ursprungliga eller önskade hastigheten.
fördelarna med denna typ av ”Open-loop motor control” är att det är potentiellt billigt och enkelt att implementera vilket gör det idealiskt för användning i väldefinierade system var förhållandet mellan ingång och utgång är direkt och inte påverkas av några yttre störningar., Tyvärr är denna typ av Open-loop-system otillräcklig eftersom variationer eller störningar i systemet påverkar motorns hastighet. Då krävs en annan form av kontroll.
i nästa handledning om elektroniksystem kommer vi att titta på effekten av att mata tillbaka en del av utgångssignalen till ingången så att systemkontrollen baseras på skillnaden mellan faktiska och önskade värden. Denna typ av elektronik styrsystem kallas sluten slinga kontroll.,
