Sistem kontrol persis seperti yang Anda pikirkan: sistem dikembangkan untuk mengontrol sesuatu. Mungkin cara yang lebih baik untuk meletakkannya adalah desain sistem mengendalikan perilaku sesuatu. Istilah “sistem kontrol” melakukan pekerjaan yang luar biasa karena tidak jelas dan banyak dari kita (awalnya) tidak terlalu memikirkannya sampai itu membawa perhatian kita atau kita menabrak jangkar robot ke dalam dirinya sendiri dan memeriksa bagaimana peristiwa mengerikan itu diizinkan terjadi. Biasanya selama investigasi ini dialog internal kami memiliki loop yang berjalan seperti: “Mengapa sistem akan memungkinkan saya untuk memanipulasinya dengan cara yang merusak diri sendiri !?!”
Apa yang saya temukan adalah ketidaktahuan saya sendiri, saya belum menerapkan sistem kontrol yang tepat. Seseorang dapat membuat kasus mengklaim bahwa saya tidak memperhitungkan sistem kontrol apa pun. Saya melompat terlalu dalam, terlalu cepat (terdengar akrab?) Dan membayar harga menabrak lengan berputar ke bagian lain dari sistem. Untungnya, seorang teman melangkah masuk dan memperbaiki lengan untuk saya dan secara metaforis menunjuk tanda neon besar di dinding dan berkata “Anda tidak dapat mengabaikan hal ini”. Dia berjalan untuk menarik rantai menggantung di bawah tanda, tegangan tinggi memberi energi gas di tabung yang menyilau dengan kata-kata yang sekarang tak terhindarkan: sistem kontrol.
Bukti sistem kontrol
Sumber: Globe Rove
Ada bukti sistem kontrol di sekitar kita, kita menggunakannya sepanjang hari tanpa memberi mereka pemikiran. Aku bangun di tengah malam dengan linglung, aku mengocok lorong seperti zombie untuk segelas air dan aku tidak pernah melewatkan kesepakatan dengan lemari dengan lenganku yang terulur. Saya mengayunkan pintu ke kabinet jarak yang cocok tanpa masalah dan pegang gelas dengan tangan saya yang lain. Saya melakukan hal-hal ini tanpa secara aktif memfokuskan pada mereka tetapi bagaimanapun, ini adalah sistem kontrol. Saya tidak memeras gelas sampai hancur di tangan saya ketika saya mendapatkannya dari lemari. Saya juga memiliki kemampuan untuk menghidupkan air dari keran, mengisi gelas, mematikan air, dan satu-satunya yang basah adalah bagian dalam gelas, bukan tangan saya atau bahkan wastafel baskom di bawah keran air. Ini adalah contoh dari berbagai sistem kontrol kompleks yang bekerja menuju segelas air.
Roket menyalakan dan mendorong satelit ke orbit Bumi, lift memberikan kita ke lantai yang diinginkan, sistem kontrol ada di mana-mana. Mereka sudah ada karena selamanya dan dapat dilihat di beberapa leluhur Stem kami (saya pikir saya hanya menciptakan frasa itu) banyak pekerjaan yang patut diperhatikan.
300 B.C. Matematikawan Yunani dan Pencipta Ktesibios menciptakan jam air yang menggunakan sistem kontrol dengan air sebagai input dan waktu sebagai output. Segala sesuatu di antara air dan waktu adalah sistem kontrol.
Meningkatkan pada desain kincir angin sebelumnya, pada tahun 1809 William Cubitt menciptakan layar kincir angin dengan daun jendela otomatis yang disesuaikan dengan kecepatan angin dan penyeimbang, ini adalah sistem kontrol. Angin adalah input dan energi rotasi konstan adalah output.
Sumber: Kincir Angin Shipley
Untuk mengamati sistem dan titik yang ada pada input dan output yang menyatakan “air masuk, waktu habis, semuanya di antara mereka adalah sistem kontrol” tidak membahas bagaimana sistem kontrol bekerja atau dikembangkan tetapi kami sampai di sana. Penemuan ini memerlukan beberapa matematika yang cukup kompleks dan kami akan sampai pada artikel pendek berikutnya tetapi untuk saat ini kami sedang meletakkan basis pemahaman. Kami telah melihat beberapa contoh sistem kontrol di alam dan beberapa sistem kontrol buatan manusia. Saya berbagi ketidaktahuan sistem kontrol dan kemudian mencoba menebus diri dengan memberi tahu Anda bahwa saya dapat mengisi segelas air.
Kami juga akan melihat beberapa diagram blok dan saya harus memperingatkan Anda bahwa pada titik tertentu kami akan menemui beberapa matematika yang tidak akan Anda mau lihat lagi. Untungnya hal pertama yang akan kita lakukan ketika kita melihat matematika mengerikan ini menyusun rencana untuk keluar dari sana. Begitu kami dengan aman karena bahaya, kami akan mengurus beberapa operasi yang lebih sederhana. I. Kami akan melakukan sedikit aljabar alih-alih persamaan kalkulus dan diferensial. Sekarang ikut dengan saya, teman, karena setelah istirahat yang benar-benar menyenangkan dimulai.
Diagram blok.
Untuk keperluan kami, saya telah menyusun versi yang terlalu disederhanakan dari sistem kontrol input tunggal, output tunggal (SISO). Diagram blok adalah sistem kontrol. Kami dapat memanipulasinya dengan aljabar dan memperkenalkan komponen baru sesuai kebutuhan untuk mendapatkan output yang diinginkan. Namun kami akan dengan cepat menggantikan label generik ini dengan label yang lebih menggambarkan elemen-elemen sistem. Kami juga akan memecah blok “sistem kontrol” menjadi beberapa blok yang membentuk sistem. Anda dapat memikirkan diagram ini sebagai deskripsi tingkat tinggi yang akan Anda berikan kepada seorang anak, ingat “air masuk, time out, semuanya di antara mereka adalah sistem kontrol”. Bit berikutnya sedikit lebih komprehensif namun masih simbolis karena kami tidak melihat komponen matematika setiap blok.
Mari kita buat contoh sistem kontrol tertentu kita hypotsecara hetik ingin merancang. Bagaimana dengan parabola besar? Bagus, sudah selesai. Jadi kami memiliki hidangan satelit besar yang diputar oleh motor yang diarahkan. Posisi hidangan yang diinginkan adalah input dengan potensiometer yang digunakan pengontrol untuk mengidentifikasi besarnya dan arah gerakan yang diperlukan untuk mencapai output yang diinginkan. Juga diperhitungkan adalah motor itu sendiri, beban yang kami pindahkan (piring satelit besar), dan gearing yang diperlukan untuk melakukannya. Output dari sistem ini harus dimasukkan kembali ke input oleh sesuatu yang disebut (tunggu), umpan balik. Jalur umpan balik termasuk potensiometer kedua yang disesuaikan saat hidangan berputar dan masuk ke persimpangan jumit dengan input.
Kita sekarang dapat menggambar diagram blok baru untuk mewakili deskripsi yang jauh lebih komprehensif tentang apa yang telah kita lakukan dalam sistem ini.
Kami telah membahas blok fungsi dan aliran dasar sistem, mari kita lihat sinyal, yang berwarna biru dalam diagram di atas. Input sudut awal adalah sudut yang dikonversi potensiometer (transduser input) menjadi tegangan. Di persimpangan penjumlahan ada dua sinyal yang masuk dan satu keluar, keduanya datang adalah tegangan yang proporsional dengan input dan tegangan sebanding dengan output. Jika Anda melihat tanda polaritas pada sinyal input, kami memiliki input dikurangi output yang menghasilkan sinyal kesalahan. Output sudut sebenarnya adalah sudut yang sesuai dengan arah yang menunjuk. Dalam pembelian untuk menggunakan sudut dalam sistem kontrol kami, potensiometer pada yang terbaik (transduser output) mengkonversi sudut itu ke tegangan yang dikirim ke persimpangan penjumlahan. Persimpangan itu bertanggung jawab untuk membandingkan kontrol pengguna, dan memastikan tindakan diambil sampai posisi aktual cocok.
Memodifikasi sistem
Jika kita tahu bahwa perilaku sistem adalah untuk menggerakkan sinyal kesalahan menjadi nol maka kita memiliki dua cara untuk mengukur output sistem. Reaksi sementara dan kesalahan status stabil dapat diukur untuk mengevaluasi hasil dari sistem kontrol kami dan memodifikasinya.
Reaksi sementara adalah reaksi sinyal terhadap perubahan dalam sistem, yang dapat dilihat pada plot reaksi langkah ke kanan. Ada 3 jenis transien yang dapat diklasifikasikan dengan jenis rasio redaman yang digunakan: lebih donjur, kurang redup, dan redup kritis. Tujuannya menjadi reaksi sedekat mungkin dengan redup kritis.
Kita dapat membayangkan pentingnya kesalahan sementara dan stabil. Jika kita melihat reaksi plot sebagai representasi dari lift yang berasal dari ruang bawah tanah ke lantai pertama. Osilasi yang kurang redup tentu akan menjadi masalah dan mungkin menyebabkan beberapa perut yang tidak nyaman di sepanjang jalan sebagai lift yang melaju melampaui lantai dan berlebihan dalam arah yang berlawanan, berulang kali. Lift over-redup akan membawa kita ke sana dengan cara yang sangat lancar, pada akhirnya. Reaksi yang dikelompokkan secara kritis ditunjukkan dengan warna merah dan didefinisikan sebagai sinyal penyelesaian tercepat tanpa osilasi.
Sehubungan dengan lengan robot yang saya crash dan bertanya-tanya mengapa ini mungkin, kita dapat melihat satu jawaban untuk pertanyaan itu dalam plot reaksi langkah. Mungkin saja saya mengendalikan sistem yang kurang redup dan lengan menabrak overshoot dari babak pertama osilasi seperti yang terlihat oleh garis biru dalam plot.
Simulasi antena interaktif (kontrol gain)
Dalam contoh ini tidak ada kesalahan status stabil yang diperkenalkan. Kesalahan status stabil dalam skenario lift akan menghasilkan pintu lift yang membuka di suatu tempat antara lantai 1 dan 2. Seandainya ini kita akan menangani kesalahan status stabil dengan mengubah controller kita sehingga pintu terbuka di lantai 1.
Mengklik screenshot simulasi antena ke kiri akan membawa Anda ke simulator interaktif di tab baru (memerlukan flash). Anda dapat bermain dengan nilai acquire untuk melihat bagaimana itu mengubah respons output. Petunjuk: Anda harus menekan tombol REWIND untuk memulai simulasi baru.
Fungsi transfer
Fungsi transfer serupa dalam konsep ke sistem perolehan dan didefinisikan sebagai rasio output untuk input. Kami menggunakan fungsi transfer istilah alih-alih memperoleh mengacu pada sistem kontrol karena menyiratkan penggunaan domain S (saya menyadari bahwa saya belum memperkenalkan apa yang “S-domain” itu tetapi mari kita abaikan untuk saat ini Ini akan dijelaskan dalam artikel terpisah) untuk mendapatkan reaksi yang diinginkan dari suatu sistem.
Diagram blok karena kami telah menggambarnya mencakup banyak informasi tentang sistem kontrol, hal utama yang tidak diminta matematika untuk memodelkan sistem. Fungsi transfer adalah di mana matematika dapat ditemukan dan dalam sistem kami adalah kombinasi pengontrol (matematika) dan pabrik (lebih matematika).
Controller & Plant.
Pengontrolnya mencakup model matematika amplifier untuk sinyal dan daya untuk menggerakkan motor besar. Pabrik ini mencakup model matematika yang mewakili spesifikasi motor kami yang akan tersedia dalam WO nyataSituasi RLD dan mencakup hal-hal seperti RPM motor pada tegangan tertentu, dan resistansi motor. Kami juga membutuhkan informasi tentang rasio roda gigi antara motor dan satelit (ini adalah amplifier mekanis). Motor akan memiliki beban mekanis selama operasi dan kami dapat memprediksi apa ini akan dengan persamaan beban mekanis yang setara yang menggunakan: redaman kental yang setara dari beban, dan inersia beban yang setara. Sesuai dengan tema matematika kami dari Pendahuluan ini kami akan melewati apa yang menyiratkan secara matematis untuk saat ini.
Pikiran terakhir
Maksud dari artikel singkat ini adalah untuk menjelaskan beberapa cahaya pada sistem kontrol apa dan ide dasar tentang bagaimana mereka bekerja. Saya pikir sistem kontrol menarik dan menarik karena kami dapat menghitung beberapa variabel untuk digunakan dalam sistem yang kompleks daripada mengambil tebakan liar pada tidak diketahui non-sepele (yang dulunya macet saya).
Kami, ketika peretas dan insinyur belajar pada kurva seperti halnya sisa populasi dan sama seperti orang lain, kami dalam beberapa kasus mencapai dataran tinggi dalam kemampuan kami untuk melakukan perbaikan pada desain kami sendiri. Saya pikir pemahaman dasar tentang sistem kontrol dapat membantu banyak dari kita melewati kemerosotan ini. Saya akan mencoba untuk melakukan Anda dengan sempurna mendukung teman saya untuk saya dalam membuka mata saya untuk apa sistem kontrol, bagaimana cara mengevaluasi apa yang terjadi dalam suatu sistem, dan kita semua akan menjadi sedikit lebih baik dalam mengembangkan sistem kita sendiri bersama jalan.
Apa yang diharapkan waktu berikutnya
Dalam edisi selanjutnya dari kontrol kami akan melihat beberapa contoh sistem listrik dalam domain waktu. Kami akan berbicara tentang fungsi transfer mereka dalam domain S, mengapa kita membutuhkan S-domain, dan apa yang diperlukan untuk pergi dari domain waktu ke domain S (dan kembali). Itu dua kalimat dari saya mengatakan matematika, tanpa mengatakan matematika. Sampai jumpa lain waktu!