Какие бывают системы управления
Управление технологическим процессом – это термин, используемый для описания ряда методов, применяемых для управления системой с использованием выходных данных контроллера. Например, если вы хотите нагреть воду до определенной температуры, а затем поддерживать эту температуру идеально стабильной, вам понадобится регулируемый нагреватель (выход), датчик температуры (обратная связь) и способ управления нагревателем (система управления), чтобы температура не превышала заданное значение.
Данный тип системы управления называется системой со связью и является базовой структурой для систем с обратной связью, прямой связью и адаптивных систем управления.
Система с обратной связью
Система с обратной связью – чрезвычайно распространенный метод управления системой, обычно состоящий из входной точки данных или уставки, выхода, процесса, датчиков и контроллера. С помощью этих компонентов мы создаем систему с обратной связью, которая воспринимает влияние выходных данных контроллера. Алгоритм используется для управления выходом на основе входного сигнала и датчиков.
Если мы используем приведенный выше пример, управление температурой воды (это процесс, нагреватель) это выход, датчик температуры в сосуде будет датчиком, мы можем использовать ПЛК в качестве нашего контроллера, а уставка будет входом.
Цель состоит в том, чтобы температура воды достигла заданного значения без перерегулирования. Поскольку система управления изменяет выходную мощность, возможно, в этом случае изменение может быть процентом мощности нагревателя, датчик сообщает системе управления о любых изменениях в системе. Когда температура воды достигает заданного значения, алгоритм системы управления регулирует мощность. По сути, контроллер с обратной связью сравнивает заданное значение с фактической температурой и пытается уменьшить разницу.
Фактические алгоритмы, используемые для этого управления (вариации ПИД-регуляторов), выходят за рамки этой статьи.
Система с прямой связью
Управление с обратной связью – отличный способ управления системой, поэтому оно успешно используется уже много лет, но в некоторых системах возникают помехи, которые могут повлиять на систему управления с обратной связью. Нарушения для этой системы водонагревателя могут включать такие вещи, как снижение уровня воды или, возможно, вода содержит реактивный материал, который повышает температуру вместе с нагревателем.
Возмущение отрицательно влияет на систему, но если эти возмущения известны заранее, система управления с прямой связью может помочь системе управления с обратной связью отклонить или компенсировать возмущения до того, как они произойдут, уменьшая вероятность перерегулирования и корректирующих действий со стороны системы. контроллер обратной связи. Другой способ сравнить различия заключается в том, что система с обратной связью управляет выходом на основе измеренного эффекта, но возмущения могут оказывать сильное негативное влияние на процесс. Система с прямой связью управляет выходными данными на основе всех известных возмущений до того, как они смогут повлиять на процесс, но она не может регулировать выходные данные в середине процесса на основе измеренной обратной связи, если возмущения отличаются от нормальных. Из-за этих преимуществ и недостатков обеих систем контроллер с прямой связью обычно используется в сочетании с контроллером с обратной связью. Используя обе модели, вы почти наверняка повысите точность своей системы управления.
Адаптивная система управления
Независимо от того, используете ли вы только систему с обратной связью или комбинированную систему управления с обратной связью и прямой связью, будут параметры, которые необходимо настроить или отрегулировать, чтобы создать тип системы, который вам нужен. Некоторые системы управления должны реагировать очень быстро, в то время как другие реагируют очень медленно. Регулируя параметры, вы можете точно настроить, как система управления будет реагировать на изменения в процессе от выходного сигнала или от внешних возмущений.
В новой системе параметры настраиваются инженерами и техниками. По мере старения системы или изменения условий процесса (изменение сезонных температур, состав партий и т. д.) процесс может реагировать по-разному, поэтому может потребоваться повторная настройка параметров. При адаптивном управлении система контролируется и автоматически настраивает свои параметры, чтобы система управления с обратной связью работала должным образом, даже если система со временем ухудшается. Адаптивному контроллеру предоставляется эталонная модель для сравнения управляемого процесса и набор параметров, которые можно регулировать. Выходные данные процесса контролируются, а параметры регулируются для обеспечения оптимального управления процессом. В некоторых кругах эта способность отслеживать условия в течение длительных периодов времени и адаптироваться к изменениям является основой так называемого «искусственного интеллекта» (ИИ), который управляет некоторыми современными системами.
Модели комбинированной системы управления
В большинстве систем простой контроллер с обратной связью будет работать достаточно хорошо, но в тех случаях, когда вам нужна большая точность или когда ваша система может ухудшиться или резко измениться с течением времени, вы можете рассмотреть возможность объединения всех трех типов элементов управления.
В качестве последнего примера, станок с числовым программным управлением (ЧПУ) использует высокоточные шарико-винтовые пары и серводвигатели для вращения режущих инструментов на очень высокой скорости с очень высокой точностью. Эти машины могут использовать все три системы управления для точной резки металла. Серводвигатели имеют энкодеры, которые сообщают о положении и скорости двигателя, и система управления использует эту информацию вместе с шагом ходового винта, чтобы определить, насколько далеко переместился режущий инструмент, это пример контроля с обратной связью.
Датчики в шпинделе сообщают системе управления о повышенной вибрации, данные, которые используются для определения износа режущих инструментов, требующих снижения скорости резания или смещения инструмента. Эти датчики могут обеспечивать возможность как упреждающего, так и адаптивного управления, поскольку они измеряют возмущения, которые со временем влияют на процесс. Комбинируя все три типа управления, можно построить систему управления, которая не только обладает высокой точностью, но и способна сохранять оптимальную стабильность во времени и при вариациях, влияющих на процесс.
© digitrode.ru