تفاوت بین یک حلقه باز و یک کنترلر حلقه بسته چیست؟

در حوزه سیستم های کنترل ، درک تفاوت بین کنترل کننده های حلقه باز و بسته - اساسی اساسی است. من به عنوان یک تامین کننده کنترل کننده ، من دست اول شاهد بوده ام که چگونه این دو نوع کنترل کننده نیازهای مختلفی را در برنامه های مختلف ارائه می دهند. این وبلاگ با هدف بررسی ویژگی ها ، مزایا ، معایب و موارد استفاده معمولی از کنترلرهای حلقه باز و بسته - بسته است.

کنترل کننده های حلقه باز

یک کنترلر حلقه باز ، همچنین به عنوان یک کنترلر غیر بازخورد شناخته می شود ، بدون در نظر گرفتن خروجی واقعی سیستم ، کار می کند. این به سادگی مجموعه ای از دستورالعمل های از پیش تعیین شده یا یک ورودی ثابت را دنبال می کند. کنترلر بر اساس سیگنال ورودی که دریافت می کند ، خروجی تولید می کند ، بدون در نظر گرفتن اینکه آیا خروجی به نتیجه مطلوب رسیده است یا خیر.

چگونه باز - کنترل کننده های حلقه کار می کنند

بیایید یک مثال ساده از ماشین لباسشویی بگیریم. کنترل کننده ماشین لباسشویی برنامه ریزی شده است که بدون در نظر گرفتن کثیفی واقعی لباس ، چرخه شستشو را برای مدت زمان مشخصی اجرا کند. تمیز بودن لباس در طی فرایند را اندازه گیری نمی کند. این فقط دستورالعمل های قبل از تنظیم زمان و جریان آب را دنبال می کند.

از نظر ریاضی ، اگر ورودی به یک کنترلر حلقه باز (x (t)) باشد و عملکرد انتقال کنترلر (g (s)) باشد ، خروجی (y (t)) توسط (y (t) = g (s) x (t)) داده می شود. هیچ مکانیسم بازخورد برای تنظیم خروجی بر اساس وضعیت واقعی سیستم وجود ندارد.

مزایای کنترل کننده های باز - حلقه

• سادگی: باز - کنترل کننده های حلقه در طراحی و اجرای نسبتاً ساده هستند. آنها به سنسورهای پیچیده یا حلقه های بازخورد احتیاج ندارند ، که باعث کاهش هزینه و پیچیدگی سیستم می شود. به عنوان مثال ، در یک سیستم چراغ راهنمایی ساده ، کنترلر بدون نیاز به حس جریان واقعی ترافیک ، چراغ ها را در فواصل ثابت تغییر می دهد.
• کم هزینه: از آنجا که آنها در مقایسه با کنترل کننده های حلقه بسته ، اجزای کمتری دارند ، کنترل کننده های حلقه باز به طور کلی هزینه بیشتری دارند - مؤثر هستند. این امر باعث می شود آنها برای برنامه هایی مناسب باشند که در آن هزینه یک نگرانی عمده باشد و به سطح بالایی از دقت لازم نیست.
• پاسخ سریع: بدون نیاز به انتظار برای بازخورد و تنظیمات ، کنترل کننده های حلقه باز می توانند پاسخ سریع به سیگنال ورودی ارائه دهند. این در برنامه هایی که پاسخ سریع بسیار مهم است ، مانند برخی از سیستم های کمربند نقاله صنعتی مفید است.

مضرات کنترل کننده های باز - حلقه

• عدم سازگاری: باز - کنترل کننده های حلقه نمی توانند با تغییرات در سیستم یا اختلالات خارجی سازگار شوند. اگر در بار ، شرایط محیطی یا عوامل دیگر تغییراتی وجود داشته باشد ، ممکن است خروجی از مقدار مورد نظر به طور قابل توجهی منحرف شود. به عنوان مثال ، در یک سیستم گرمایشی که از یک کنترلر حلقه باز استفاده می کند ، اگر دمای خارج به طور ناگهانی کاهش یابد ، کنترلر بر این اساس خروجی گرمایش را تنظیم نمی کند.
• عدم دقت: آنها در مقایسه با کنترل کننده های حلقه بسته کمتر هستند زیرا خطاهای موجود در خروجی را به خود اختصاص نمی دهند. این می تواند منجر به عملکرد زیر بهینه در برنامه هایی شود که دقت آن مهم باشد ، مانند کنترل بازوی روباتیک.

برنامه های معمولی کنترل کننده های باز - حلقه

• لوازم خانگی: بسیاری از لوازم خانگی ، مانند توستر ، کتری برقی و فن های ساده ، از کنترل کننده های حلقه باز استفاده می کنند. این لوازم خانگی بر اساس سطح زمان یا قدرت تنظیم شده بدون تنظیم به وضعیت واقعی شیء گرم یا خنک شدن عمل می کنند.
• اتوماسیون صنعتی: در برخی از فرآیندهای صنعتی که در آن شرایط عملیاتی نسبتاً پایدار است ، می توان از کنترل کننده های حلقه باز استفاده کرد. به عنوان مثال ، در یک خط مونتاژ ساده که سرعت کمربند نقاله با یک مقدار ثابت تنظیم می شود.

بسته - کنترل کننده های حلقه

یک کنترلر حلقه بسته ، همچنین به عنوان یک کنترل کننده بازخورد شناخته می شود ، به طور مداوم بر خروجی سیستم نظارت می کند و آن را با نقطه تنظیم مورد نظر مقایسه می کند. با توجه به تفاوت بین خروجی واقعی و نقطه تنظیم (معروف به خطا) ، کنترل کننده خروجی خود را تنظیم می کند تا خطا را به حداقل برساند.

چگونه بسته - کنترل کننده های حلقه کار می کنند

یک سیستم کنترل دما را در یک اتاق در نظر بگیرید. کنترلر دارای یک نقطه تنظیم برای دمای مورد نظر است. یک سنسور دما دمای واقعی را در اتاق اندازه گیری می کند و این اطلاعات را به کنترل کننده می فرستد. اگر دمای واقعی پایین تر از نقطه تنظیم باشد ، کنترلر خروجی گرمایش را افزایش می دهد. اگر بالاتر باشد ، کنترلر خروجی گرمایش را کاهش می دهد.

از نظر ریاضی ، اگر نقطه تنظیم (r (t)) باشد ، خروجی واقعی (y (t)) است ، خطا (e (t) = r (t) -y (t)). سپس کنترلر از این خطا برای تولید خروجی (U (t)) بر اساس الگوریتم کنترل خود استفاده می کند و خروجی سیستم (y (t)) تابعی از (u (t)) است.

مزایای کنترل کننده های بسته - حلقه

• دقت بالا: بسته - کنترل کننده های حلقه می توانند به سطح بالایی از دقت دست یابند زیرا آنها به طور مداوم خروجی را تنظیم می کنند تا خطای بین خروجی واقعی و نقطه تنظیم به حداقل برسد. این امر باعث می شود آنها برای برنامه هایی که دقت بسیار مهم است ، مانند تجهیزات پزشکی و سیستم های هوافضا ، مناسب باشد.
• سازگاری: آنها می توانند با تغییرات در سیستم یا اختلالات خارجی سازگار شوند. به عنوان مثال ، در یک سیستم کنترل بازوی روباتیک ، اگر یک بار غیر منتظره به بازو اضافه شود ، کنترلر حلقه بسته می تواند دستورات حرکتی را برای حفظ موقعیت و حرکت مورد نظر تنظیم کند.
• ثبات: بسته - کنترل کننده های حلقه می توانند پایداری سیستم را بهبود بخشند. با نظارت مداوم و تنظیم خروجی ، آنها می توانند از کنترل سیستم به دلیل اختلال یا تغییر در شرایط عملیاتی جلوگیری کنند.

مضرات کنترل کننده های بسته - حلقه

• پیچیدگی: بسته - کنترل کننده های حلقه در مقایسه با کنترل کننده های حلقه باز ، در طراحی و اجرای پیچیده تر هستند. آنها به سنسورها برای اندازه گیری خروجی ، یک حلقه بازخورد برای انتقال اطلاعات و یک الگوریتم کنترل برای پردازش خطا و تولید خروجی مناسب نیاز دارند. این باعث افزایش هزینه و پیچیدگی سیستم می شود.
• هزینه: اجزای اضافی ، مانند سنسورها و مدارهای بازخورد ، کنترل کننده های حلقه بسته را گرانتر از کنترل کننده های حلقه باز می کنند. این می تواند یک عامل محدود کننده در برنامه هایی باشد که هزینه آن یک نگرانی عمده است.
• پتانسیل ناپایداری: اگر الگوریتم کنترل به درستی طراحی نشده باشد ، کنترل کننده های حلقه ای می توانند ناپایدار شوند. اگر حلقه بازخورد به جای کاهش آن ، خطا را تقویت کند ، نوسانات یا حتی خرابی سیستم ممکن است رخ دهد.

برنامه های معمولی کنترل کننده های بسته - حلقه

• کنترل فرآیند صنعتی: در نیروگاه های شیمیایی ، نیروگاه ها و امکانات تولید ، کنترل کننده های حلقه بسته به طور گسترده ای برای کنترل متغیرهایی از قبیل دما ، فشار ، سرعت جریان و سطح استفاده می شوند. به عنوان مثال ، در یک راکتور شیمیایی ، یک کنترلر حلقه بسته می تواند دما و فشار را در مقادیر مورد نظر حفظ کند تا از کیفیت واکنش شیمیایی اطمینان حاصل شود.
• سیستم های خودرو: بسیاری از سیستم های خودرو ، مانند واحدهای کنترل موتور (ECU) ، سیستم های ترمز ضد قفل (ABS) و سیستم های کنترل کروز ، از کنترل کننده های حلقه بسته استفاده می کنند. این کنترل کننده ها به بهبود عملکرد ، ایمنی و راندمان سوخت وسیله نقلیه کمک می کنند.

مقایسه در زمینه پیشنهادات کنترل کننده ما

ما به عنوان یک تأمین کننده کنترل کننده ، ما طیف وسیعی از محصولات را برای تأمین نیازهای مختلف مشتری ارائه می دهیم. ماکنترل کننده هوشمند سه فاز برای پمپ های زیر آببسته به نیاز برنامه ، می تواند به عنوان یک حلقه باز یا یک کنترلر بسته بسته تنظیم شود. در شرایطی که سطح آب در یک چاه نسبتاً پایدار باشد و پمپ لازم است با سرعت ثابت کار کند ، می توان از پیکربندی حلقه باز برای سادگی و اثربخشی استفاده کرد. با این حال ، اگر سطح آب در نوسان باشد یا پمپ بر اساس سرعت جریان واقعی تنظیم شود ، یک پیکربندی حلقه بسته می تواند عملکرد بهتر و بهره وری انرژی را فراهم کند.

به همین ترتیب ، ماکنترل کننده هوشمند یک فازهمچنین می تواند متناسب با استراتژی های مختلف کنترل باشد. برای برنامه هایی که یک کنترل ساده در آن کافی است ، می توان یک حالت حلقه باز - انتخاب کرد. اما برای برنامه هایی که نیاز به کنترل دقیق پارامترها مانند ولتاژ یا جریان دارند ، می توان از حالت حلقه بسته استفاده کرد.

نتیجه گیری و فراخوانی به عمل

در نتیجه ، انتخاب بین یک حلقه باز و یک کنترلر حلقه بسته به عوامل مختلفی از جمله الزامات کاربرد ، محدودیت هزینه و میزان دقت و سازگاری مورد نیاز بستگی دارد. کنترل کننده های باز - حلقه برای برنامه های ساده و حساس مناسب هستند که در آن سطح بالایی از دقت لازم نیست ، در حالی که کنترل کننده های حلقه بسته بهتر برای برنامه هایی هستند که نیاز به دقت ، سازگاری و ثبات دارند.

اگر برای برنامه خاص خود به یک کنترلر نیاز دارید ، ما برای کمک به اینجا هستیم. تیم متخصصان ما می توانند به شما در انتخاب کنترلر مناسب و پیکربندی آن برای تأمین نیازهای شما کمک کنند. این که آیا شما به یک حلقه باز یا یک کنترلر حلقه بسته نیاز دارید ، ما محصولات و تخصص داریم تا یک راه حل مطمئن را در اختیار شما قرار دهیم. امروز برای شروع بحث در مورد نیازهای کنترل کننده خود با ما تماس بگیرید و بررسی کنید که چگونه محصولات ما می توانند از عملکرد شما بهره مند شوند.

منابع

• Dorf ، RC ، & Bishop ، RH (2017). سیستم های کنترل مدرن. پیرسون
• Ogata ، K. (2010). مهندسی کنترل مدرن. سالن Prentice.