ما هو نظام التحكم في الحلقة المغلقة وعمله

يُعرف عدد العناصر التي يتم دمجها لتشكيل نظام لتوليد المخرجات المطلوبة باسم نظام التحكم. يمكن التحكم في مخرجات أي نظام بواسطة نظام التحكم لأن كل عنصر داخل هذا النظام له تأثير على المخرجات. في بعض الأحيان ، يستخدم نظام التحكم حلقة تغذية مرتدة للحصول على استقرار واتساق واستقرار نظام لتوليد المخرجات المفضلة. هنا ، حلقة التغذية الراجعة هي عنصر من عناصر إشارة الخرج. يعد مفهوم التغذية الراجعة ضروريًا جدًا في أي نظام تحكم للحصول على استقرار الإخراج. أنظمة التحكم يتم تصنيفها إلى نوعين بناءً على اتصال التغذية الراجعة وهما نظام التحكم في الحلقة المغلقة ونظام التحكم في الحلقة المفتوحة

ما هو نظام التحكم في الحلقة المغلقة؟

التعريف: يمكن تعريف نظام التحكم في الحلقة المغلقة بأنه نظام يحتوي على حلقة تغذية مرتدة (أو) أ نظام التحكم التي تستخدم إشارة تغذية مرتدة لتوليد الإخراج. يمكن التحكم في استقرار هذا النظام عن طريق نظام التغذية المرتدة. لذلك من خلال توفير نظام التغذية المرتدة ، يمكن تغيير أي نظام تحكم مفتوح الحلقة إلى حلقة مغلقة.

يمكن تحقيق المخرجات المرجوة والمحافظة عليها من خلال تقييم الحالة الفعلية والمخرجات الناتجة. إذا تم نقل الإخراج المتولد بعيدًا عن الإخراج الفعلي ، فإن نظام التحكم هذا ينتج إشارة خاطئة يتم تغذيتها إلى i / p للإشارة. بمجرد إضافة إشارة الخطأ إلى إشارة الإدخال ، يمكن تصحيح خرج الحلقة التالية والذي يعرف باسم أنظمة التحكم الآلي.

مخطط كتلة

ال مخطط كتلة لنظام الحلقة المغلقة هو مبين أدناه. تشمل العناصر الأساسية لنظام التحكم في الحلقة المغلقة كاشف الأخطاء ووحدة التحكم وعناصر التغذية الراجعة و محطة توليد الكهرباء .

مخطط كتلة نظام التحكم في الحلقة المغلقة

عندما يتضمن نظام التحكم حلقة تغذية مرتدة ، فإن الأنظمة تُعرف باسم أنظمة التحكم في التغذية الراجعة. لذلك يمكن التحكم في المخرجات بدقة من خلال توفير التغذية الراجعة للمدخلات. يمكن أن يتضمن هذا النوع من نظام التحكم أكثر من رد فعل.

في الرسم البياني أعلاه ، الخطأ كاشف يولد إشارة خطأ ، لذلك هذا هو تباين الإدخال وكذلك إشارة التغذية المرتدة. يمكن الحصول على إشارة التغذية المرتدة هذه من عناصر التغذية الراجعة في نظام التحكم من خلال اعتبار إخراج النظام كمدخل. كبديل للإدخال ، يمكن إعطاء إشارة الخطأ هذه كمدخل لوحدة التحكم.

وبالتالي ، يولد جهاز التحكم إشارة تشغيل للتحكم في المصنع. في هذا الترتيب ، يمكن تصحيح خرج نظام التحكم تلقائيًا للحصول على الإخراج المفضل. لذلك ، يتم تسمية هذه الأنظمة أيضًا باسم أنظمة التحكم الآلي. أفضل مثال على نظام التحكم في الحلقة المغلقة هو نظام التحكم في إشارة المرور بما في ذلك جهاز استشعار عند الإدخال.

أنواع نظام التحكم في الحلقة المغلقة

يتم تصنيف أنظمة التحكم في الحلقة المغلقة إلى نوعين اعتمادًا على طبيعة إشارة التغذية الراجعة مثل إشارة التغذية الراجعة الإيجابية وإشارة التغذية المرتدة السلبية.

إشارة ردود فعل إيجابية

يُعرف نظام الحلقة المغلقة بما في ذلك إشارة ردود الفعل الإيجابية التي يمكن توصيلها بإدخال النظام باسم نظام التغذية المرتدة الإيجابية. يسمى هذا النظام أيضًا باسم التغذية الراجعة التجديدية. أفضل مثال على هذه التعليقات الإيجابية في الدوائر الإلكترونية هو مكبر تشغيلي. لأن هذه الحلقة يمكن تحقيقها عن طريق توصيل جزء من جهد الخرج بإدخال طرف غير مقلوب من خلال حلقة تغذية مرتدة باستخدام المقاوم.

إشارة ردود الفعل السلبية

يمكن توصيل نظام الحلقة المغلقة بما في ذلك إشارة التغذية المرتدة السلبية بإدخال النظام كنظام ردود الفعل السلبية. يُطلق على هذا النوع من النظام أيضًا اسم التغذية المرتدة التنكسية. هذه الأنواع من الأنظمة مستقرة جدًا وتعزز أيضًا القوة.

تستخدم هذه الأنظمة للتحكم في الآلات الإلكترونية مثل المولدات الحالية ومولدات الجهد وكذلك التحكم في سرعة الماكينة. تُستخدم أنظمة التحكم ذات الحلقة المغلقة للمتطلبات المذكورة أدناه.

وظيفة النقل

يمكن الإشارة إلى سلوك النظام من خلال وظيفة النقل الخاصة به. يمكن تعريفها على أنها العلاقة الرياضية لمدخلات ومخرجات نظام التحكم. يمكن حساب نظام التحكم من خلال نسبة o / p إلى i / p. لذلك ، فإن مخرجات نظام التحكم هي نتاج وظيفة الإدخال والنقل.

نظام التحكم

يتم عرض مثال نظام التحكم في الحلقة المغلقة أدناه.

بالنسبة للنظام أعلاه ،

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

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

استبدل قيمة E (S) في C (S) ، ثم يمكننا الحصول عليها

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

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

من المعادلة أعلاه

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)]

هذه هي وظيفة النقل لهذا النظام مع ردود فعل سلبية. وبالمثل ، بالنسبة للتعليقات الإيجابية ، يمكن كتابة معادلة دالة النقل كـ

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

أمثلة على نظام التحكم في الحلقة المغلقة

هناك أنواع مختلفة من الأجهزة الإلكترونية التي تستخدم نظام التحكم ذي الحلقة المغلقة. لذلك تطبيقات أنظمة التحكم ذات الحلقة المغلقة تشمل ما يلي.

• في مثبت الجهد المؤازر ، يمكن تحقيق استقرار الجهد عن طريق إعطاء تغذية مرتدة لجهد الخرج للنظام
• في ال تحكم مستوى الماء ، يمكن تحديد مستوى الماء من خلال إدخال المياه
• يمكن تعديل درجة حرارة المكيف حسب درجة حرارة الغرفة.
• يمكن التحكم في سرعة المحرك باستخدام مقياس سرعة الدوران أو مستشعر التيار ، حيث يكتشف المستشعر سرعة المحرك ويرسل ملاحظات إلى نظام التحكم لتغيير سرعته.
• تتضمن بعض الأمثلة الأخرى لهذه الأنظمة سخان ترموستات ونظام شمسي. قاذفة صواريخ ، محرك آلي ، محمصة أوتوماتيكية ، نظام تحكم بالمياه باستخدام توربين.
• يمكن التحكم تلقائيًا في المكواة الكهربائية بواسطة درجة حرارة عنصر التسخين في المكواة.

مزايا

ال مزايا نظام التحكم في الحلقة المغلقة تشمل ما يلي.

• هذه الأنظمة دقيقة للغاية وأقل عرضة للخطأ.
• يمكن تصحيح الأخطاء من خلال إشارة التغذية الراجعة
• عرض النطاق الترددي العالي
• يدعم الأتمتة
• هامش ضوضاء مرتفع
• لا يمكنهم التأثير عن طريق الضوضاء.

سلبيات

ال عيوب نظام التحكم في الحلقة المغلقة تشمل ما يلي.

• تصميم هذا النظام معقد
• إنها معقدة للغاية
• غالي
• هناك حاجة إلى صيانة ضخمة
• يتذبذب نظام التحكم أحيانًا بسبب إشارات التغذية الراجعة.
• هناك حاجة إلى مزيد من الجهود ، بالإضافة إلى الوقت ، أثناء تصميم النظام.

وبالتالي ، هذا كل شيء عن لمحة عامة عن نظام تحكم مغلق الحلقة بما في ذلك مخطط الكتلة والأنواع ووظيفة النقل والمزايا والعيوب وتطبيقاتها. المعادلة المميزة لنظام التحكم في الحلقة المغلقة ليست سوى إعداد مقام وظيفة النقل على الصفر. إليك سؤال لك ، ما هو نظام التحكم في الحلقة المفتوحة؟