Замкнутый контур управления: Разомкнутые и замкнутые системы управления.

Возвращаясь к теме управления в разомкнутом контуре

Ричард Ларсен – президент компании Flexial Corp. (Теннесси, США), 10 лет назад стал одним из основателей компании по производству сварных сильфонов

В ситуации выбора между детальной информацией о процессе и прочностью, простотой и низкой ценой управление в разомкнутом контуре может оказаться полезной альтернативой более сложным системам с обратной связью при выборе исполнительных устройств.

Будучи упрощенным и далеким от совершенства, механизм управления в разомкнутом контуре продолжает находить применение в промышленности, а также в оборонной и аэрокосмической отраслях. И все же, что представляет собой управление в разомкнутом контуре? В качестве примера можно привести ночник, который включается при наступлении темноты или масляный клапан реактивного двигателя военного самолета, меняющий положение в зависимости от высоты. Для этого вида управления характерно отсутствие обратной связи, с помощью которой можно получить информацию о том, что происходит. Так почему же нам следует его использовать? Да потому, что в некоторых обстоятельствах простота повышает надежность и, кроме того, низкая цена делает этот вид управления более практичным для ряда процессов.

Два условия, при которых управление в разомкнутом контуре является практичной альтернативой системам с замкнутым контуром:

• там, где нет необходимости в высокоточных операциях;

• там где система может работать удовлетворительно без применения ОС.

Сварной сильфон/разомкнутый контур

^{Когда они представлены рядом, можно видеть, что сварной сильфон является физическим представлением системы управления в разомкнутом контуре.}

Акцент на температуру

Устройство с разомкнутым контуром управления обычно представляет сгруппированные в один узел датчик, усилитель и привод. Одна из наиболее распространенных технологий, объединяющая эти составные части, это металлический сильфон. Это устройство было создано более 100 лет назад и представляло собой механически сформованный сильфон. Через 50 лет появилось устройство с более высокими характеристиками – сильфон со сварными краями. Сегодня широко используется именно эта, более поздняя версия, однако в технологии, которая будет описана ниже, применяются обе версии. В механическом устройстве металлический сильфон, в котором объединены свойства пружины, клапана и цилиндра, является датчиком и приводом. Для его движения характерно отсутствие трения, утечки и нарушения герметичности.

Применение в хвостовом несущем винте вертолета

^{Воздух внутри сильфона делает его чувствительным к давлению и температуре. Система измеряет плотность воздуха для выравнивания наклона несущего винта}

В сильфоне, заполненном жидкостью, входным сигналом является теплота. Жидкость и окружающая ее оболочка (колба) вместе с сильфоном представляют собой датчик и усилитель. На выходе системы находится стержень или подвижный рычаг (см. график „сварной сильфон/разомкнутый контур“, на котором показана взаимосвязь между системой управления в разомкнутом контуре и сварным сильфоном). Существенным для этой системы является довольно высокие значения движущей силы и длинный ход, который можно получить на выходе: обычный показатель – от полукилограмма до нескольких килограммов в зависимости от размера сильфона. А ход может изменяться в диапазоне от миллиметров до ескольких сантиметров. По своей сути это практичный вариант исполнительного устройства с прямым линейным приводом без двигателей или электроэнергии.

Хорошим примером удачного применения управления в разомкнутом контуре с использованием сварного сильфона является оптический прицел военных орудий. Прицел, который располагается на бронированной машине, должен быть постоянно наведен на цель для немедленного использования без корректировки. Поскольку машина находится на открытом пространстве, оптика подвергается значительным перепадам температуры, особенно в условиях пустыни. Использование жидкостного сильфона для перемещения парфокальной линзы внутри системы линз прицела на один сантиметр в одну или другую сторону может компенсировать температурные измерения размеров оптической системы. Под воздействием внешних условий оптический прицел нагревается, жидкость, которая в этом случае находится внутри сильфона, заставляет его расширяться и перемещать линзу. При понижении температуры воздуха жидкость и сильфон сокращаются, и линза перемещается в другом направлении. Согласно конструкции перемещение пропорционально температуре. В этой задаче обратная связь не является критически необходимой. Оператор видит расфокусировку системы и может самостоятельно сделать коррекцию в случае отказа системы наводки. Однако прочность и простота системы гарантируют незначительную вероятность сбоев, одновременно избавляя от необходимости использования электроэнергии и сложных систем с обратной связью.

Применение в производстве полупроводников

^{Сильфон с запаянным внутри воздухом должен пассивно воспринимать наличие вакуума на своей внешней поверхности и расширяться, чтобы прижать пластину полупроводника для начала работы или проверки}

Давление, высота

В другой разновидности управления в разомкнутом контуре сильфон используется для контроля давления паров масла в реактивном двигателе военного самолета, в этом случае вместо температуры регистрируется высота. Сильфон герметично запаян, воздух из него выкачан. Здесь сильфон выполняет функции анероидного датчика/привода. Он изменяет свою длину в соответствии с абсолютным давлением, т.е. высотой. По мере набора высоты летательным аппаратом сильфон расширяется, управляя клапаном и уменьшая поток воздуха, который проходит через двигатель с тем, чтобы поддерживать постоянное давление масла. В применении обратной связи нет необходимости, таким образом, разомкнутый контур является экономичным видом управления.

Рисунок „применение в хвостовом несущем винте вертолета“ показывает, как осуществляется управление в разомкнутом контуре с двойным вводом для настройки угла наклона хвостового несущего винта вертолета. И в этом случае сильфон герметично запаян, но воздух из него не выкачивается. Поскольку воздух в сильфоне присутствует, длина сильфона – это функция высоты и температуры, т. е. то, чем определяется плотность воздуха. Сильфон имеет большую площадь поверхности и малую массу, поэтому он является датчиком температуры с очень низкой постоянной времени. Комбинация его пружинящей силы и расширения газа, находящегося внутри, служит движущей силой для механизма, регулирующего угол наклона. Так как в разомкнутом контуре нет обратной связи, у нас нет уверенности, в том, что хвостовой несущий винт установлен в нужном положении в соответствии с плотностью воздуха. Но это и не очень важно, поскольку прибор является только вспомогательным для пилота. Если пилот почувствует ошибку, он может произвести корректировку самостоятельно.

В случае применения управления в разомкнутом контуре для изготовления полупроводников сильфон растягивается и сжимается по мере изменения давления, но в действительности он может быть в одном из двух состояний – сжатом или растянутом. Эта система заменяет активную систему и исключает необходимость трех проникновений в камеру, использования трех электрических приводов вне камеры и соответствующих регуляторов для них. Система работает в разомкнутом контуре и нет обратной связи, чтобы удостовериться, что зажим был приведен в действие. Однако другие операции в ходе процесса будут сигнализировать о сбое.

Замкнутый контур — регулирование — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Обычно вспомогательный замкнутый контур регулирования, образованный быстродействующей частью объекта и вспомогательным регулятором, находится внутри основного контура регулирования. На рис. VI-1 приведена схема системы каскадного регулирования.
 [2]

Кроме обычного замкнутого контура регулирования, состоящего из чувствительного ( измерительного) ЧЭ, усилительного УЭ и исполнительного ИЭ элементов, функциональная схема содержит дополнительный замкнутый контур самонастройки, содержащий анализирующее АУ и настраивающее НУ устройства. Возмущение В воздействует как на объект О, так и на АУ. В качестве АУ могут использоваться различные вычислительные устройства. Подобные системы обеспечивают весьма высокую точность управления объектами, но они значительно сложнее систем, с которыми познакомились ранее.
 [3]

В замкнутом контуре регулирования коэффициент усиления KK ( t) изменяется известным образом. Эти изменения приводят к изменению динамики управляемого объекта.
 [5]

В замкнутом контуре регулирования могут быть два вида обратной связи: положительная и отрицательная.
 [6]

Условно разорвем замкнутый контур регулирования на выходе системы и разобьем его на звенья направленного действия.
 [8]

Представляет интерес6 замкнутый контур регулирования с дополнительной положительной обратной связью в регуляторе. На рис. IV-10 приведена блок-схема такого контура регулирования.
 [10]

Период колебаний замкнутого контура регулирования с таким реактором в действительности составляет около 35 мин. Но даже если бы все его инерционные элементы представляли собой элементы чистого запаздывания, то и тогда период колебаний контура регулирования не превышал бы 29 мин. Следовательно, остается предположить, что мы не учли инерцию процесса, обусловленную смешением реакционной массы.
 [11]

На устойчивость замкнутого контура регулирования по рН разомкнутое регулирование по х не влияет.
 [12]

Регулятор скорости и замкнутые контуры регулирования моментов являются частью комплектных электроприводов Simovert VC. Следует параметри-ровать регулятор скорости как ПИ-регулятор.
 [14]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

   5

Что такое замкнутая система управления и как она работает?

По

• Гэвин Райт

Что такое замкнутая система управления?

Система управления с замкнутым контуром представляет собой механическое или электронное устройство, которое автоматически регулирует систему для поддержания желаемого состояния или заданного значения без вмешательства человека. Он использует систему обратной связи или датчик. Управление с замкнутым контуром отличается от управления с разомкнутым контуром, где нет механизма саморегулирования и обычно требуется взаимодействие с человеком.

Простым примером замкнутой системы управления является домашний термостат. Термостат может посылать сигнал нагревателю на включение или выключение. Он использует датчик температуры для определения текущей температуры воздуха. Когда температура ниже заданной, включается нагреватель. Когда датчик обнаруживает, что температура выше заданного значения, он выключает систему.

Общая конструкция контроллера с замкнутым контуром, который поддерживает желаемое состояние или заданное значение без вмешательства человека.

В разомкнутой системе отсутствует обратная связь с контроллером о текущем состоянии системы. Примером управления с разомкнутым контуром может быть включение обогревателя на 10 минут каждый час, независимо от того, насколько горяча или холодна температура воздуха. Системы с замкнутым контуром более желательны, чем системы с открытым контуром, поскольку они чувствительны к изменениям.

Большинство современных замкнутых систем управляются электронным способом. Они могут использовать дискретные аналоговые электронные компараторы для простых систем, таких как термостат духовки. Более сложные системы используют микроконтроллер или программируемый логический контроллер для получения нескольких входов и управления несколькими выходами. Примером сложной системы может быть система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в здании центра обработки данных, которая может использовать датчики температуры внутри помещения, температуры наружного воздуха и относительной влажности для управления работой обогревателя и кондиционера. Другим сложным примером являются устройства обработки воздуха в компьютерных залах (CRAH) в центрах обработки данных, которые рассеивают тепло, выделяемое оборудованием, с помощью вентиляторов, охлаждающих змеевиков и системы водяного охлаждения.

Старые или недорогие системы могут использовать механическую замкнутую систему. Некоторыми примерами из них являются биметаллические переключатели температуры или саморегулирующиеся клапаны.

Общая система управления с разомкнутым контуром без саморегулирующегося механизма и, следовательно, обычно требующая вмешательства человека.

Настройка системы управления с обратной связью

Важно, чтобы замкнутая система управления была правильно настроена для наилучшей работы системы. Например, если температура воздуха близка к заданному значению термостата, это может привести к тому, что система будет быстро включать и выключать кондиционер; такие короткие циклы могут повредить компрессор и сломать систему. Такие системы обладают дополнительной демпфирующей способностью для контроля быстрых циклов и нежелательных колебаний выходного сигнала.

В замкнутой системе передаточная функция определяет математическое соотношение между входом и выходом. Изменение выхода на вход или отношение между обнаруженным значением датчика известно как усиление системы. Определение передаточной функции системы на основе коэффициента усиления и желаемого состояния может потребовать тщательного расчета для достижения наилучших результатов.

Более сложным примером замкнутой системы может быть круиз-контроль в автомобиле. Круиз-контроль хочет поддерживать заданную скорость, измеряемую скоростью вращения колес (желаемый выходной сигнал системы). Он может управлять дроссельной заслонкой автомобиля и изменять мощность двигателя (системный ввод). Связь дроссельной заслонки со скоростью не является прямой, поскольку на нее могут влиять многие факторы, такие как вес груза, уклон холма и сопротивление ветра в зависимости от скорости. Поэтому система управления должна быть настроена с учетом этих факторов. У него также могут быть другие элементы управления, такие как переключение передач в трансмиссии или применение тормозов.

CRAH в центрах обработки данных, которые используют датчики для управления вентиляторами, охлаждающими змеевиками и системой водяного охлаждения для отвода тепла, являются примерами систем управления с обратной связью.

Преимущества и недостатки систем управления с обратной связью

Системы управления с обратной связью имеют положительные и отрицательные стороны, в том числе следующие.

Преимущества

• может контролировать внешние факторы
• более надежный и стабильный выход
• устойчивый к возмущениям и изменениям
• более ресурсоэффективный

Недостатки

• более сложный
• требует настройки или интеграции
• восприимчив к колебаниям или разгону
• Отказ датчика может привести к нежелательной работе системы