Контроллер без обратной связи - Open-loop controller

Для других вариантов использования «разомкнутого контура» см. Разомкнутый цикл (значения).

В контроллер без обратной связи, также называемый контроллер без обратной связи, управляющее воздействие от контроллера не зависит от «выхода процесса», который представляет собой управляемую переменную процесса.[1] Он не использует Обратная связь чтобы определить, достиг ли его выход желаемой цели входной команды или «уставки» процесса.

Существует множество средств управления с разомкнутым контуром, таких как включение / выключение клапанов, механизмов, освещения, двигателей или нагревателей, при которых известно, что результат управления приблизительно достаточен при нормальных условиях без необходимости обратной связи. Преимущество использования управления без обратной связи в этих случаях состоит в сокращении количества компонентов и сложности. Однако система с разомкнутым контуром не может исправить какие-либо ошибки, которые она делает, или исправить внешние помехи, и не может участвовать в машинное обучение.

Управление с обратной связью и с обратной связью

Электромеханический таймер, обычно используемый для управления без обратной связи, основанный исключительно на временной последовательности, без обратной связи от процесса.

По сути, существует два типа контура управления: управление без обратной связи (с прямой связью) и управление с обратной связью.

При управлении без обратной связи управляющее воздействие контроллера не зависит от «выхода процесса» (или «регулируемой переменной процесса»). Хорошим примером этого является котел центрального отопления, управляемый только таймером, так что тепло подается в течение постоянного времени, независимо от температуры в здании. Управляющее действие - это включение / выключение котла, но регулируемой переменной должна быть температура в здании, но это не так, поскольку это регулирование котла без обратной связи, которое не дает регулирование температуры с обратной связью.

При управлении с обратной связью управляющее действие контроллера зависит от выходного сигнала процесса. В случае аналогии с котлом это будет включать термостат для контроля температуры в здании и, таким образом, обратный сигнал, гарантирующий, что контроллер поддерживает в здании температуру, установленную на термостате. Таким образом, контроллер с обратной связью имеет контур обратной связи, который гарантирует, что контроллер выполняет управляющее действие, чтобы обеспечить выходной сигнал процесса, такой же, как «эталонный вход» или «заданное значение». По этой причине контроллеры с обратной связью также называют контроллерами обратной связи.[1]

Определение системы управления с обратной связью в соответствии с Британским институтом стандартов - это «система управления, обладающая контрольной обратной связью, при этом сигнал отклонения, сформированный в результате этой обратной связи, используется для управления действием конечного элемента управления таким образом, чтобы стремятся уменьшить отклонение до нуля ».[2]

Приложения

Электрическая сушилка для белья, которая управляется разомкнутым контуром путем включения сушилки в течение заданного времени, независимо от степени сушки одежды.

Контроллер с разомкнутым контуром часто используется в простых процессах из-за его простоты и низкой стоимости, особенно в системах, где обратная связь не критична. Типичным примером может служить старая модель домашнего сушилка для белья, для которого продолжительность полностью зависит от решения человека-оператора, без автоматической обратной связи о сухости одежды.

Например, оросительный дождеватель система, запрограммированная на включение в заданное время, может быть примером системы без обратной связи, если она не измеряет почва влага как форма обратной связи. Даже если на лужайку идет дождь, спринклерная система срабатывает по расписанию, расходуя воду.

Другой пример - шаговый двигатель используется для контроля положения. Посылка ему потока электрических импульсов заставляет его вращаться ровно на столько шагов, отсюда и название. Если всегда предполагалось, что двигатель выполняет каждое движение правильно, без обратной связи по положению, это будет управление без обратной связи. Однако, если есть датчик положения или датчики для индикации начального или конечного положения, то это управление с обратной связью, например, во многих струйные принтеры. Недостатком управления шаговыми двигателями без обратной связи является то, что если нагрузка на машину слишком высока или двигатель пытается двигаться слишком быстро, шаги могут быть пропущены. Контроллер не может это обнаружить, поэтому машина продолжает немного отклоняться от регулировки до сброса. По этой причине более сложные роботы и станки вместо этого используют серводвигатели а не шаговые двигатели, которые включают кодеры и контроллеры с обратной связью.

Тем не менее, управление без обратной связи очень полезно и экономично для четко определенных систем, в которых связь между входом и результирующим состоянием может быть надежно смоделирована математической формулой. Например, определение Напряжение быть скормленным электрический двигатель который управляет постоянной нагрузкой, чтобы достичь желаемого скорость было бы хорошим приложением. Но если бы нагрузка была непредсказуемой и стала чрезмерной, скорость двигателя могла бы изменяться в зависимости от нагрузки, а не только напряжения, и регулятора разомкнутого контура было бы недостаточно для обеспечения повторяемого управления скоростью.

Примером этого является конвейерная система, которая должна двигаться с постоянной скоростью. При постоянном напряжении конвейер будет двигаться с разной скоростью в зависимости от нагрузки на двигатель (представленной здесь весом объектов на конвейере). Чтобы конвейер работал с постоянной скоростью, необходимо регулировать напряжение двигателя в зависимости от нагрузки. В этом случае потребуется система управления с обратной связью.

Таким образом, существует множество элементов управления с разомкнутым контуром, таких как включение и выключение клапанов, освещения, двигателей или нагревателей, при которых известно, что результат приблизительно достаточен без необходимости обратной связи.

Контроль обратной связи

Система управления с обратной связью, такая как ПИД-регулятор, можно улучшить, объединив Обратная связь (или с обратной связью) управление ПИД-регулятором с прямая связь (или без обратной связи) управление. Информация о системе (например, желаемое ускорение и инерция) может быть передана и объединена с выходом ПИД-регулятора для улучшения общей производительности системы. Одно только значение прямой связи часто может обеспечивать основную часть выходного сигнала контроллера. ПИД-регулятор в первую очередь должен компенсировать любую разницу или ошибка остается между уставкой (SP) и реакцией системы на управление без обратной связи. Поскольку на выходной сигнал с прямой связью не влияет обратная связь процесса, она никогда не может вызвать колебания системы управления, тем самым улучшая реакцию системы, не влияя на стабильность. Прямая связь может быть основана на заданном значении и на дополнительных измеренных возмущениях. Взвешивание уставки - это простая форма прямой связи.

Например, в большинстве систем управления движением, чтобы ускорить управляемую механическую нагрузку, от исполнительного механизма требуется большее усилие. Если ПИД-регулятор контура скорости используется для управления скоростью нагрузки и управления силой, прикладываемой приводом, то полезно взять желаемое мгновенное ускорение, соответствующим образом масштабировать это значение и добавить его к выходному сигналу ПИД-регулятора. регулятор контура скорости. Это означает, что всякий раз, когда нагрузка ускоряется или замедляется, пропорциональное количество силы поступает от привода независимо от значения обратной связи. Контур ПИД-регулятора в этой ситуации использует информацию обратной связи для изменения комбинированного выхода, чтобы уменьшить остающуюся разницу между заданным значением процесса и значением обратной связи. Работая вместе, комбинированный контроллер прямой связи с открытым контуром и ПИД-регулятор с обратной связью могут обеспечить более гибкую систему управления в некоторых ситуациях.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б «Системы обратной связи и управления» - Дж. Дж. Ди Стеффано, А. Р. Стубберуд, И. Дж. Вильямс. Серия набросков Шаумса, Макгроу-Хилл 1967
  2. ^ Майр, Отто (1970). Истоки управления с обратной связью. Клинтон, Массачусетс, США: The Colonial Press, Inc.
  • Куо, Бенджамин С. (1991). Системы автоматического управления (6-е изд.). Нью-Джерси: Прентис-Холл. ISBN  0-13-051046-7.
  • Зины Фликоп (2004). «Ограниченный вход, ограниченный предопределенный контроль, ограниченный выход» (http://arXiv.org/pdf/cs/0411015 )
  • Бассо, Кристоф (2012). «Проектирование контуров управления для линейных и импульсных источников питания: Учебное руководство». Артек Хаус, ISBN  978-1608075577