מהי מערכת בקרת לולאה סגורה והעבודה שלה

מספר האלמנטים המשולבים ליצירת מערכת להפקת התפוקה הרצויה מכונה מערכת הבקרה. את הפלט של כל מערכת ניתן לשלוט על ידי מערכת הבקרה מכיוון שלכל רכיב במערכת זו יש השפעה על הפלט. לפעמים, מערכת בקרה משתמשת בלולאת משוב כדי להשיג את היציבות והעקביות והיציבות של מערכת ליצירת הפלט המועדף. כאן, לולאת משוב היא אלמנט של אות הפלט. מושג המשוב חיוני מאוד בכל מערכת בקרה בכדי להשיג יציבות תפוקה. מערכות בקרה מסווגים לשני סוגים על בסיס חיבור המשוב, כלומר מערכת בקרה בלולאה סגורה ומערכת בקרה בלולאה פתוחה

מהי מערכת בקרת לולאה סגורה?

הגדרה: ניתן להגדיר מערכת בקרת לולאה סגורה כמערכת שיש לה לולאת משוב (או) א מערכת בקרה המשתמשת באות משוב להפקת הפלט. ניתן לשלוט על יציבותה של מערכת זו על ידי מערכת משוב. אז על ידי מתן מערכת משוב, ניתן לשנות כל מערכת בקרה בלולאה פתוחה לולאה סגורה.

ניתן להשיג ולשמר את התפוקה הרצויה על ידי הערכת המצב בפועל והתפוקה שנוצרה. אם הפלט שנוצר מתרחק מהפלט בפועל, אז מערכת בקרה זו מייצרת אות פגום המוזן ל- i / p של האות. לאחר שמתווסף אות השגיאה לאות הקלט, ניתן לתקן את פלט הלולאה הבא המכונה מערכות בקרה אוטומטיות.

תרשים בלוקים

ה דיאגרמת חסימה של מערכת הלולאה הסגורה מוצג להלן. האלמנטים הבסיסיים של מערכת בקרת הלולאה הסגורה כוללים גלאי שגיאות, בקר, רכיבי משוב ו תחנת כוח .

דיאגרמת חסימות של מערכת בקרה סגורה

כאשר מערכת הבקרה כוללת לולאת משוב, אז מערכות ידועות כמערכות בקרת משוב. כך שניתן לשלוט בפלט בצורה מדויקת על ידי מתן משוב לקלט. סוג זה של מערכת בקרה יכול לכלול יותר ממשוב אחד.

בתרשים לעיל, השגיאה גַלַאִי מייצר אות שגיאה, כך שזו וריאציה של הקלט כמו גם אות המשוב. ניתן לקבל אות משוב זה מאלמנטים של משוב במערכת הבקרה על ידי התייחסות לפלט המערכת ככניסה. כחלופה לקלט, ניתן לתת אות שגיאה כקלט של בקר.

כתוצאה מכך, הבקר מייצר אות הפעלה לשליטה במפעל. בהסדר זה, ניתן לתקן את פלט מערכת הבקרה באופן אוטומטי כדי לקבל את הפלט המועדף. לכן מערכות אלה נקראות גם כמערכות בקרה אוטומטיות. הדוגמה הטובה ביותר למערכת בקרה בלולאה סגורה היא מערכת בקרת רמזורים הכוללת חיישן בכניסה.

סוגי מערכת בקרת לולאה סגורה

מערכות בקרת לולאה סגורה מסווגות לשני סוגים בהתאם לאופי אות המשוב כגון אות משוב חיובי ואות המשוב השלילי.

אות משוב חיובי

מערכת הלולאה הסגורה הכוללת אות משוב חיובי ניתנת לחיבור לכניסת המערכת ידועה כמערכת משוב חיובית. מערכת זו נקראת גם כמשוב התחדשות. הדוגמה הטובה ביותר למשוב חיובי זה במעגלים אלקטרוניים היא מגבר תפעולי. מכיוון שניתן להשיג לולאה זו על ידי חיבור חלק כלשהו ממתח המוצא לכניסת המסוף הלא-היפוך באמצעות לולאת משוב באמצעות נגד.

אות משוב שלילי

מערכת הלולאה הסגורה הכוללת אות משוב שלילי יכולה להיות מחוברת לקלט המערכת נקראת כמערכת משוב שלילית. סוג זה של מערכת נקרא גם כמשוב ניווני. מערכות מסוג זה יציבות מאוד ומשפרות גם את כוחן.

מערכות אלה משמשות לשליטה במכונות האלקטרוניות כמו גנרטורים שוטפים, מחוללי מתח, וגם בקרת מהירות המכונות. מערכות בקרת הלולאה הסגורה משמשות לדרישות המפורטות להלן.

פונקציית העברה

ניתן לציין את התנהגות המערכת באמצעות פונקציית ההעברה שלה. ניתן להגדיר זאת כקשר המתמטי של הקלט והפלט של מערכת הבקרה. ניתן לחשב את מערכת הבקרה באמצעות היחס בין o / p ל- i / p. לכן, פלט מערכת הבקרה הוא תוצר של פונקציית קלט והעברה.

מערכת בקרה

הדוגמה של מערכת בקרת הלולאה הסגורה מוצגת להלן.

עבור המערכת הנ'ל,

C (S) = E (S) * G (S)

E (S) = R (S) - H (S) * C (S)

החלף את ערך ה- E (S) ב- C (S) ואז נוכל לקבל

C (S) = [R (S) - H (S) * C (S)] * G (S)

C (S) = R (S) G (S) - H (S) * C (S) * G (S)

מהמשוואה לעיל

R (S) G (S) = C (S) + H (S) * C (S) * G (S)

R (S) G (S) = C (S) [1 + H (S) * G (S)]

C (S) / R (S) = G (S) / [1 + H (S) * G (S)]

זוהי פונקציית ההעברה של מערכת זו עם משוב שלילי. באופן דומה, עבור המשוב החיובי, ניתן לכתוב את משוואת פונקציית ההעברה כ-

C (S) / R (S) = G (S) / [1 - H (S) * G (S)]

דוגמאות למערכת בקרת לולאה סגורה

ישנם סוגים שונים של מכשירים אלקטרוניים המשתמשים במערכת בקרה במעגל סגור. אז ה יישומים של מערכות בקרה במעגל סגור כלול את הבאים.

• במייצב מתח סרוו ניתן להשיג את ייצוב המתח על ידי מתן משוב מתח יציאה למערכת
• בתוך ה בקר מפלס מים , את רמת המים ניתן להחליט על ידי מי הכניסה
• ניתן לכוונן את הטמפרטורה בזרם החשמל בהתאם לטמפרטורת החדר.
• ניתן לשלוט על מהירות המנוע באמצעות טכומטר או חיישן זרם, כאשר החיישן מזהה את מהירות המנוע ושולח משוב למערכת הבקרה כדי לשנות את מהירותו.
• כמה דוגמאות נוספות למערכות אלה כוללות תנור תרמוסטט, מערכת סולארית. משגר טילים, מנוע אוטומטי, טוסטר אוטומטי, מערכת בקרת מים באמצעות טורבינה.
• ניתן לשלוט ברזל חשמלי אוטומטי באופן אוטומטי על ידי טמפרטורת גוף החימום במגהץ.

יתרונות

ה היתרונות של מערכת הבקרה במעגל סגור כלול את הבאים.

• מערכות אלו מדויקות מאוד ופחות נוטות לטעויות.
• ניתן לתקן שגיאות באמצעות אות המשוב
• רוחב פס גבוה
• הוא תומך באוטומציה
• מרווח רעש גבוה
• הם לא יכולים להשפיע באמצעות רעש.

חסרונות

ה חסרונות מערכת השליטה במעגל סגור כלול את הבאים.

• תכנון המערכת הזו מורכב
• הם מורכבים מאוד
• יָקָר
• יש צורך בתחזוק ענק
• מערכת הבקרה מתנדנדת לפעמים בגלל אותות משוב.
• נדרשים מאמצים נוספים, כמו גם זמן, בעת תכנון המערכת.

לפיכך, מדובר בכל סקירה של מערכת בקרה במעגל סגור כולל דיאגרמת בלוקים, סוגים, פונקציית העברה, יתרונות, חסרונות ויישומיה המשוואה האופיינית של מערכת בקרת לולאה סגורה אינה אלא הגדרת מכנה פונקציות ההעברה לאפס. הנה שאלה עבורך, מהי מערכת בקרת הלולאה הפתוחה?