Controler cu buclă deschisă - Open-loop controller
Într-un controler cu buclă deschisă , numit și un controler fără feedback , acțiunea de control de la controler este independentă de „ieșirea procesului”, care este variabila de proces care este controlată. Nu folosește feedback pentru a determina dacă ieșirea sa a atins obiectivul dorit al comenzii de intrare sau al procesului „set point”.
Există multe comenzi în buclă deschisă, cum ar fi comutarea pornirii / opririi supapelor, utilajelor, luminilor, motoarelor sau încălzitoarelor, în care se cunoaște că rezultatul controlului este suficient de suficient în condiții normale, fără a fi nevoie de feedback. Avantajul utilizării controlului în buclă deschisă în aceste cazuri este reducerea numărului de componente și a complexității. Cu toate acestea, un sistem cu buclă deschisă nu poate corecta erorile pe care le face sau le corectează pentru tulburări exterioare și nu se poate implica în învățarea automată .
Control în buclă deschisă și în buclă închisă (feedback)
În principiu, există două tipuri de bucle de control: control cu buclă deschisă (feedforward) și control cu buclă închisă (feedback).
În controlul cu buclă deschisă, acțiunea de control de la controler este independentă de „ieșirea procesului” (sau „variabila procesată controlată”). Un bun exemplu în acest sens este un cazan de încălzire centrală controlat numai de un cronometru, astfel încât căldura să fie aplicată pentru un timp constant, indiferent de temperatura clădirii. Acțiunea de control este pornirea / oprirea cazanului, dar variabila controlată ar trebui să fie temperatura clădirii, dar nu este deoarece acesta este controlul în buclă deschisă al cazanului, care nu oferă controlul buclei închise al temperaturii.
În controlul cu buclă închisă, acțiunea de control de la controler depinde de ieșirea procesului. În cazul analogiei cazanului, acesta ar include un termostat pentru a monitoriza temperatura clădirii și, astfel, va transmite un semnal pentru a se asigura că regulatorul menține clădirea la temperatura setată pe termostat. Prin urmare, un controler cu buclă închisă are o buclă de feedback care asigură că controlerul exercită o acțiune de control pentru a da o ieșire de proces la fel ca „intrarea de referință” sau „punctul de setare”. Din acest motiv, controlerele cu buclă închisă sunt numite și controlere de feedback.
Definiția unui sistem de control cu buclă închisă conform British Standard Institution este „un sistem de control care posedă feedback de monitorizare, semnalul de deviere format ca urmare a acestui feedback fiind utilizat pentru a controla acțiunea unui element de control final în așa fel încât să tind să reducă abaterea la zero. "
Aplicații
Un controler cu buclă deschisă este adesea utilizat în procese simple datorită simplității și costului redus, în special în sistemele în care feedback-ul nu este critic. Un exemplu tipic ar fi un model mai vechi de uscător de haine de uz casnic , pentru care durata de timp este în întregime dependentă de judecata operatorului uman, fără feedback automat asupra uscăciunii hainelor.
De exemplu, un sistem de aspersoare de irigare , programat să pornească la momente stabilite, ar putea fi un exemplu de sistem cu buclă deschisă dacă nu măsoară umiditatea solului ca formă de feedback. Chiar dacă ploaia se revarsă pe gazon, sistemul de aspersoare s-ar activa la timp, irosind apă.
Un alt exemplu este un motor pas cu pas utilizat pentru controlul poziției. Trimiterea acestuia un flux de impulsuri electrice îl determină să se rotească exact cu atâtea etape, de unde și numele. Dacă motorul ar fi întotdeauna presupus să efectueze fiecare mișcare corect, fără feedback pozițional, ar fi controlul în buclă deschisă. Cu toate acestea, dacă există un codificator de poziție sau senzori care să indice pozițiile de pornire sau de finalizare, atunci acesta este controlul în buclă închisă, cum ar fi în multe imprimante cu jet de cerneală . Dezavantajul controlului în buclă deschisă al treptelor este că, dacă sarcina mașinii este prea mare sau motorul încearcă să se deplaseze prea repede, atunci treptele pot fi omise. Controlerul nu are mijloace de a detecta acest lucru și, prin urmare, mașina continuă să rămână ușor fără reglare până la resetare. Din acest motiv, roboții și mașinile-unelte mai complexe folosesc în schimb servomotoare, mai degrabă decât motoare pas cu pas, care încorporează codificatoare și controlere cu buclă închisă .
Cu toate acestea, controlul în buclă deschisă este foarte util și economic pentru sisteme bine definite în care relația dintre intrare și starea rezultată poate fi modelată în mod fiabil printr-o formulă matematică. De exemplu, determinarea tensiunii care trebuie alimentată unui motor electric care acționează o sarcină constantă, pentru a atinge viteza dorită ar fi o aplicație bună. Dar dacă sarcina nu era previzibilă și devenea excesivă, viteza motorului ar putea varia în funcție de sarcină, nu doar de tensiune, iar un controler cu buclă deschisă ar fi insuficient pentru a asigura controlul repetabil al vitezei.
Un exemplu în acest sens este un sistem de transport care este necesar să circule cu o viteză constantă. Pentru o tensiune constantă, transportorul se va deplasa cu o viteză diferită în funcție de sarcina de pe motor (reprezentată aici de greutatea obiectelor de pe transportor). Pentru ca transportorul să funcționeze la o viteză constantă, tensiunea motorului trebuie reglată în funcție de sarcină. În acest caz, ar fi necesar un sistem de control în buclă închisă.
Astfel, există numeroase comenzi cu buclă deschisă, cum ar fi pornirea și oprirea supapelor, a luminilor, a motoarelor sau a încălzitoarelor, unde rezultatul este cunoscut a fi aproximativ suficient, fără a fi nevoie de feedback.
Control feedback
Un sistem de control feed-back, cum ar fi un controler PID , poate fi îmbunătățit prin combinarea controlului de feedback (sau cu buclă închisă) al unui controler PID cu controlul feed-forward (sau cu buclă deschisă). Cunoștințele despre sistem (cum ar fi accelerația și inerția dorite) pot fi avansate și combinate cu ieșirea PID pentru a îmbunătăți performanța generală a sistemului. Numai valoarea feed-forward poate furniza adesea cea mai mare parte a ieșirii controlerului. Controlerul PID trebuie să compenseze în primul rând orice diferență sau eroare care rămâne între setpoint (SP) și răspunsul sistemului la controlul cu buclă deschisă. Deoarece ieșirea avansată nu este afectată de feedback-ul procesului, nu poate provoca niciodată oscilația sistemului de control, îmbunătățind astfel răspunsul sistemului fără a afecta stabilitatea. Avansul poate fi bazat pe valoarea de referință și pe perturbări măsurate suplimentar. Ponderarea punctului de referință este o formă simplă de avans înainte.
De exemplu, în majoritatea sistemelor de control al mișcării, pentru a accelera o sarcină mecanică sub control, este necesară o forță mai mare de la servomotor. Dacă se folosește un controler PID cu buclă de viteză pentru a controla viteza sarcinii și pentru a comanda forța aplicată de actuator, atunci este benefic să luați accelerația instantanee dorită, să scalați valoarea corespunzătoare și să o adăugați la ieșirea PID controler de buclă de viteză. Aceasta înseamnă că ori de câte ori sarcina este accelerată sau decelerată, o comandă proporțională de forță este comandată de la servomotor, indiferent de valoarea de feedback. Bucla PID în această situație folosește informațiile de feedback pentru a modifica ieșirea combinată pentru a reduce diferența rămasă între valoarea de referință a procesului și valoarea de feedback. Lucrând împreună, controlerul combinat de alimentare în buclă deschisă și controlerul PID în buclă închisă pot oferi un sistem de control mai receptiv în anumite situații.
Vezi si
- Cataractă , regulatorul de viteză în buclă deschisă a motoarelor cu fază timpurie
- Teoria controlului
- Feed-forward
- Controler PID
- Controlul procesului
Referințe
- Kuo, Benjamin C. (1991). Sisteme de control automat (ediția a 6-a). New Jersey: Prentice Hall. ISBN 0-13-051046-7 .
- Ziny Flikop (2004). „Bounded-Input Bounded-Predefined-Control Bounded-Output” ( http://arXiv.org/pdf/cs/0411015 )
- Basso, Christophe (2012). „Proiectarea buclelor de control pentru sursele de alimentare liniare și de comutare: un ghid tutorial”. Casa Artech, ISBN 978-1608075577