デジタル製品のライフサイクル Digital Electronics 対照を超えて:制御システムの基本

対照を超えて:制御システムの基本

制御システムは、正確に、それらが何かを制御するために開発されたシステム。おそらくそれが何かの行動を制御するシステム設計はより良い方法です。 「管理システム」という用語は、曖昧であることの優れた仕事をしていて、私たちの多くは(もともと)それについてはそれについてあまり考えていません。起こりました。通常、この調査中に、私たちの内部ダイアログにはループランニングがあります。

私が見つけたことは私自身の無知でした、私は適切な制御システムを実装していませんでした。私がいかなる管理システムを考慮に入れていなかったというケースを主張することもできます。私は深すぎる、速すぎる(おなじみの音?)、回転アームをシステムの別の部分にクラッシュする価格を支払いました。幸いなことに、友人は私のために腕を伸ばして修理し、壁に大きなネオンの看板を指標的に指摘し、「あなたはこれを無視できない」と言った。彼は符号の下にぶら下がっているチェーンを引き上げた、高電圧は私を避けているチューブ内のガスを避けて避けられない単語:制御システム。

制御システムの証拠

出典:Globe Rove.
私たちの周りにすべての考え方があると、私たちは彼らにあらゆる考えを与えずに彼らを一日中使用します。私は驚くほど夜中に起きます、私はゾンビのような廊下を水のためにシャッフルします、そして私は私の広げられた腕と一緒に食器棚の扱いを逃すことはありません。私は環境に問題がなくなって、環境に適した距離に扉を開き、もう一方の手でガラスをつかみます。私はそれらを積極的に集中させることなくこれらのことをしていますが、それにもかかわらず、これらは制御システムです。私はそれを食器棚から手に入れるように私の手の中に粉々になるまで私はガラスを絞りません。私はまた、蛇口から水をオンにし、ガラスを埋め、水を止め、濡れている唯一のものがガラスの内側で、私の手や水の蛇口の下の流域でさえありません。これは、ガラスの水に向かって作用する多数の複雑な制御システムの例です。

ロケットは地球の軌道に発火し、推進し、エレベーターが希望の床に私たちを届けます、制御システムはいたるところにいます。彼らは永遠に、私たちの茎の前述書のいくつかで見ることができます(私はちょうどそのフレーズに丸みを帯びたと思う)多くの注目に値する仕事をしています。

300箱ギリシャの数学者と作成者Ktesibiosは、水を入れる制御システムを入力と時間として出力として使用する水時計を作成します。水と時間の間のすべてが制御システムです。

前の風車デザインの改善、1809年William Cubittは風速とカウンターウェイトで調整された自動シャッターを備えた風車帆を作成しました。これは制御システムです。風であり、一定の回転エネルギーが出力です。

出典:Shipley Windmill.
既存のシステムを守るために、「水入り、タイムアウト」を述べている入力と出力で点を守るために、管理システムがどのように機能するか、または開発されているが、そこに着くかがわかりません。これらの発明にはかなり複雑な数学が必要であり、その後の短い記事でそれに到達しますが、今のところ理解の基礎を築きます。私たちは、自然の中で制御システムのいくつかの例といくつかの人工の制御システムを見ました。私はコントロールシステムの無知を共有してから、水のガラスを埋めることができることをあなたに言うことによって自分自身を引き換えることを試みました。

また、いくつかのブロック図を見ています。幸いなことに、私たちがこれらのひどい数学を見たときにやることは最初に行われます。私たちが安全に害を及ぼすと、いくつかの単純な操作の世話をします。今すぐ私と一緒に来て、友人、休憩の後に本当の楽しみが始まります。

ブロック図

私たちの目的のために、私は単一の入力、単一出力(SISO)制御システムの単純化されたバージョンを作成しました。ブロック図は制御システムです。私達は代数を使ってそれを操作し、必要に応じて新しいコンポーネントを導入することができます。しかし、これらの一般的なラベルをシステムの要素をよりよく説明するラベルで急速に交換します。また、「制御システム」ブロックをシステムを構成する複数のブロックに分割します。あなたはこの図をあなたが子供に与える高レベルの説明として考えることができます、「水の中の水中、それらの間のすべてのものはコントロールシステムです」と考えることができます。次のビットはもう少し包括的であるのですが、まだまだ各ブロックの数学的なコンポーネントを見ていないという象徴的です。

特定の制御システムの例を作成することができます。統治的にデザインしたいです。大きな衛星放送皿はどうですか?良い、そのことができました。だから私たちはギヤードモーターによって回転する大きな衛星放送皿を持っています。皿の所望の位置は、所望の出力を達成するために必要な動きの大きさおよび方向を識別するために使用するポテンショメータで入力される。また、運動自体、荷物が移動している荷重(大衛星皿)、そしてそれをするために必要なギアが考慮されます。このシステムの出力は、呼び出されたもの(待って)、フィードバックを入力する必要があります。フィードバック経路は、皿が回転するにつれて調整され、入力と共に加算接合部に入る第2のポテンショメータを含む。

このシステムで起こっていることのはるかに包括的な説明を表すために、新しいブロック図を描くことができます。

システムの機能ブロックと基本的な流れについて説明しました。上記図では青の信号を見てみましょう。初期角度入力は、ポテンショメータ(入力トランスデューサ)が電圧に変換する角度である。加算接合部では、2つの信号が入ってくる2つの信号があり、2つの2つは出力に比例した電圧に比例した電圧です。入力信号の極性マーキングに気付いた場合、入力は出力を引いてエラー信号になります。角出力は実際には、皿が指している方向に対応する角度である。私たちの制御システムの角度を使用するために購入で、最良の(出力トランスデューサ)のポテンショメータはその角度を加算接合部に送られる電圧に変換します。そのジャンクションはユーザーコントロールの比較を担当し、実際の位置がそれに一致するまで確実な行動が行われます。

システムを変更する

システムの動作がエラー信号をゼロに駆動することであることがわかっていれば、システムの出力を測定するための2つの方法があります。一時的な反応と安定状態の誤差は、私たちの制御システムの結果を評価し、それに応じてそれを修正するために測定することができます。

一過性反応はシステムの変化に対するシグナルの反応であり、これは右側の段階反応プロットで見ることができる。使用される減衰比の種類によって分類することができるトランジェントの3種類があります。目標は、できるだけ絶妙に減衰するのに近い反応である。

地下室から1階へのエレベーターの表現としてプロット反応を見れば、一時的な状態誤差と安定状態の両方の誤差の重要性を想像することができます。減衰した振動は確かに問題になる予定であり、スピードリングエレベータが床をオーバーシュートし、反対方向に繰り返し補償するため、途中で一部の不安な胃を引き起こす可能性があります。過減衰のエレベーターは、最終的には非常に滑らかな方法でそこに入ります。絶縁性減衰反応は赤で示され、振動なしで最速の沈降信号であるように定義されている。

私がクラッシュし、なぜこれが可能であるか疑問に思うロボットアームに関しては、ステップ反応プロットでその質問に対する1つの答えを見ることができます。プロット内の青い線によって見られるように、私は減衰したシステムを制御し、アームが振動の最初の半サイクルのオーバーシュートでクラッシュした可能性があります。

対話型アンテナシミュレーション(ゲイン制御)
この例では、安定した状態誤差が導入されていません。エレベーターのシナリオの安定状態の誤差は、エレベーターのドアがフロア1と2の間のどこかに開口することをもたらすだろう。

アンテナシミュレーションスクリーンショットを左にクリックすると、新しいタブのインタラクティブシミュレータにアクセスできます(Flashが必要です)。取得の値で再生することができ、出力応答を変更する方法を確認できます。ヒント:新しいシミュレーションを開始するには、巻き戻しボタンを押す必要があります。

伝達関数

伝達関数は、システムの取得と概念が類似しており、入力対入力の比として定義されています。 S-Domainの使用を意味するので、コントロールシステムを参照して取得の代わりに取得の代わりに転送機能を使用しています(私は現在、 “S-domainが” S-Domain “のものがあるが、現在これを無視させることができます。システムから所望の反応を得るために別の記事で説明される。

ブロック図は、それが制御システムに関する多くの情報を含み、それが欠けている主なことはシステムのモデル化に必要な数学です。伝達関数は、数学が見つかり、私たちのシステムではコントローラ(数学)と植物の組み合わせ(さらに数学)です。

コントローラ&プラント

コントローラは、信号用の増幅器の数学モデルと大きなモータを駆動するための電力を含みます。この植物には、実際のWOで容易に入手可能な私たちのモーターの仕様を表す数学的モデルが含まれていますRLDの状況や、モーターのRPMなどの電圧、モーターの抵抗などのものが含まれています。また、モータと衛星との間の変速比に関する情報も必要とする(これはメカニカルアンプ)。モーターは運転中に機械的負荷を持ち、これが使用する等価機械的負荷方程式と同じになることを予測することができます。この紹介の私たちの数学のテーマに合わせて、今のところ数学的に何を意味するものをスキップします。

最終的な考え

この短い記事の意図は、どのような制御システムであるか、そしてどのように機能するかについての基本的な考えをいくつか流すことです。私たちは、些細な未知のものではなく、複雑なシステムで使用する変数のいくつかを計算することができるという点で、コントロールシステムは興味深く、興奮している(これは私のジャムであった)。

私たちは、ハッカーやエンジニアが人口の残りの部分と同じように曲線を学び、私たちが自分のデザインの改善をする能力で高原に届く。私は、コントロールシステムの基本的な理解がこのスランプを通過するのを助けることができると思います。私の友人が私の目を開くことで私のために私のために私のために私のために私のために私のために私のためにしました、そしてシステムで何が起こっているのか評価する方法を評価し、私たちはすべて私たち自身のシステムを開発することにおいてもう少し良くなるでしょう。道。

次回期待時間を期待するのは何ですか

今すぐ管理の次の版では、時間領域の電気システムの例をいくつか見ていきます。 Sドメイン内の転送関数について話すこと、なぜSドメインが必要なのか、そして時間領域からSドメイン(および背中)に行くのに必要なものを必要とします。それは私の2つの文で数学を言うことなく、数学を言っています。次回お会いしましょう!

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