Управляющая система: Управляющая система — это… Что такое Управляющая система?

— обзор

1.3.3.2.2 Алгоритм регулирования температуры

1.

Нечеткое управление температурным полем предварительного нагрева

Для достижения контроля температуры предварительного нагрева системы селективного лазерного спекания необходимо найти разумную модель объекта управления, но Температурное поле предварительного нагрева оборудования для селективного лазерного спекания представляет собой сложную нелинейную систему, и трудно найти разумную модель объекта управления для достижения контроля температуры температурного поля предварительного нагрева.Нечеткое управление не требует конкретной модели управления, а регулирование температуры поля температуры предварительного нагрева может быть достигнуто только путем нечеткого вывода.

Технология нечеткого управления — это усовершенствованная стратегия управления и новая технология, основанная на лингвистических правилах и нечетких выводах в современной теории управления, которая является отраслью интеллектуального управления. Теория нечеткого управления была впервые предложена Л.А. Заде, американским ученым и известным профессором Калифорнийского университета в 1965 году, и представляла собой продвинутую стратегию управления, основанную на нечетком выводе в методе представления языковых правил и передовых компьютерных технологиях, основанных на нечетких методах управления. математика.

Самая большая особенность технологии нечеткого управления состоит в том, что она может широко применяться в различных областях. Э. Мамдани, профессор Лондонского университета, получил результат применения не ранее 1974 года. Он впервые применил FC группы нечетких контрольных предложений для управления работой котлов и паровых турбин и добился успеха в экспериментах. С 1985 по 1986 год Япония вступила в период практического использования нечеткого управления.

Нечеткая система управления — это автоматическая система управления.Это замкнутая цифровая система управления с каналом обратной связи, которая реализована в компьютерной технологии управления. В нечеткой системе управления в качестве теоретической основы используются представление знаний в форме нечеткой математики, нечеткий язык и вывод правил нечеткой логики. Ядро его конституции — ФК с интеллектом и самообучением. Основные характеристики нечеткой системы управления следующие:

1.

Система нечеткого управления не зависит от точной математической модели системы.Когда точную математическую модель системы сложно получить или ее невозможно найти вообще, доступно нечеткое управление, поэтому оно особенно подходит для сложных систем и нечетких объектов.

2.

Обычно нечеткая система управления обладает интеллектом и самообучением. Представление знаний, нечеткое правило и синтетический вывод в нечеткой системе управления в основном основаны на экспертных знаниях или зрелом опыте квалифицированного оператора и могут постоянно обновляться посредством обучения.

3.

Ядром нечеткой системы управления является FC. В FC компьютер или однокристальный микрокомпьютер используется в качестве основного корпуса, поэтому он обладает точностью цифровой системы управления и гибкостью программирования.

Основным отличием нечеткой системы управления от обычной компьютерной цифровой системы управления является использование FC. FC — это ядро ​​нечеткой системы управления. Производительность нечеткой системы управления в основном зависит от структуры FC.Нечеткое правило, алгоритм синтетического вывода, нечеткий метод принятия решений и другие факторы, используемые FC, являются ключевыми факторами, определяющими достоинства окончательной нечеткой системы управления. FC также называют контроллером нечеткой логики. Поскольку правило нечеткого управления описывается нечетким условным оператором в нечеткой теории, FC является контроллером языка, который также называется контроллером нечеткого языка.

Как показано на рис. 1.45, FC в основном состоит из пяти частей: нечеткого интерфейса входной величины, базы данных членства, базы правил нечеткого управления, механизма нечеткого вывода и нечеткого интерфейса вывода.Вход FC может быть использован для решения нечеткого управляющего выхода только после нечеткого преобразования в соответствии с фактическими потребностями, что выполняет основную функцию преобразования входа измеренного значения в нечеткий вектор, и нечеткий вектор может быть либо одиночным. вход или несколько входов. База данных членства хранит значения векторов принадлежности всех нечетких подмножеств всех входных и выходных переменных. Если нечеткая область дискурса является непрерывной областью, это функция принадлежности. Правило FC в основном основано на экспертных знаниях или многолетнем опыте, накопленном квалифицированными операторами.База нечетких правил и база данных составляют базу знаний всей FC. Механизм нечеткого вывода является функциональной частью FC, который решает нечеткое уравнение отношений с помощью нечеткого вывода и получает нечеткую управляющую величину на основе правила нечеткого управления в соответствии с входной нечеткой величиной. Нечеткий вывод — самая фундаментальная проблема в теории нечеткой логики.

Рисунок 1.45. Нечеткий контроллер.

Обычно система контроля температуры представляет собой систему с большой инерцией, а регулирование температуры реализуется с помощью алгоритма ПИД, нечеткого алгоритма и алгоритма нейронной сети.На практике в области техники управления эксплуатационные характеристики или характеристики входов и выходов многих сложных объектов или процессов управления трудно дать с помощью простых и практичных физических законов или математических соотношений. В некоторых процессах изменение состояния процесса не может быть точно обнаружено надежными средствами обнаружения, что приводит к трудностям в получении модели объекта, применимой к текущей теории проектирования систем управления, в классическом методе математического моделирования, и, как правило, обнаружение завершается нечеткий метод управления.Учитывая реальное состояние системы и сложную программу алгоритма, для контроля температуры используется нечеткий алгоритм.

Базовая структура нечеткой системы управления температурой предварительного нагрева показана на рис. 1.46. Входом нечеткой системы управления является температура поля температуры предварительного нагрева, измеренная инфракрасным термометром, а выходом — интенсивность нагрева нагревательного устройства поля температуры предварительного нагрева. При реализации контрольных мероприятий необходимо не только определить отклонение температуры предварительного нагрева между входной и заданной температурой, чтобы решить, какие меры будут приняты, но также определить скорость изменения отклонения температуры предварительного нагрева.То есть взвешивание и оценка выполняются всесторонне на основе отклонения и скорости изменения отклонения, тем самым обеспечивая стабильность управления системой и уменьшая перерегулирование и колебания. Следовательно, когда осуществляется контроль температуры, в нечеткой концепции задействованы три лингвистических вариабельных домена дискурса: отклонение температуры Δ T , скорость изменения отклонения Δ Te и выход контрольной величины U .

Рисунок 1.46. ​​Принципиальная структурная схема системы нечеткого управления температурой предварительного нагрева.

Нечеткое подмножество лингвистической переменной области дискурса описывается функцией принадлежности μ ( x ). Функция принадлежности μ ( x ) может быть определена на основании опыта эксплуатации оператора или статистических методов. В обычно используемой области дискурса (−6, −5, −4, −3, −2, −1, −0, +0, 1, 2, 3, 4, 5 и 6) восемь переменных нечеткого языка определены значения: отрицательный большой (NB), отрицательный средний (NM), отрицательный маленький (NS), отрицательный ноль (NO), положительный ноль (PO), положительный маленький (PS), положительный средний (PM) и положительный большой ( ПБ).В соответствии с характеристикой мышления, при которой люди склонны следовать нормальному распределению в своих суждениях о вещах, обычно используется нормальная функция:

(1,46) μ (x) = e — ((x − a) / b) 2

Для функции принадлежности μ ( x ) нечеткого набора параметр a для нечетких наборов NL, NM, NS, NO, PO, PS, PM и PL может быть установлен как +6, + 4, +2, +0, −0, −2, −4 и −6 соответственно; когда параметр b больше нуля, чем больше значение b , тем ниже будет чувствительность управления, тем более плавными будут характеристики управления и тем выше будет температура; чем меньше значение b , тем выше будет чувствительность управления, но в процессе управления может возникнуть перерегулирование.

Отклонение температуры Δ T , скорость изменения отклонения Δ T e и нечеткая таблица принадлежности выхода контрольной величины U могут быть получены путем расчета на основе установленного значения и измеренного значения температуры предварительного нагрева, тем самым получение нечеткой контрольной таблицы. При управлении в реальном времени контрольное количество в реальном времени может быть получено только в форме просмотра таблицы. В процессе изготовления деталей регулирующая переменная Δ и нечеткого управления получается путем принятия временного цикла T в качестве единицы времени управления в соответствии с изменением информации секции с _Δ на текущем с _o слой и предыдущий слой с _p , текущее значение отклонения температуры t _c и текущая скорость изменения отклонения температуры t _Δ .При практическом управлении температурой предварительного нагрева интенсивность регулирования температуры получается в соответствии с информацией об изменении раздела в форме просмотра таблицы. В процессе графического сканирования системы селективного лазерного спекания изменение информации о сечении включает в себя как изменение площади сечения, так и изменение контурного кольца. Вновь добавленное контурное кольцо необходимо подвергнуть специальному предварительному нагреву, а модель регулирования температуры предварительного нагрева показана в формуле (1.47).

(1.47) Δu = f (sc, sp, tc) = {K1, Area (sc, sp)> S1orGirth (sc, sp)> D1K2, S1≥Area (sc, sp) ≥S2orD1≥Girth (sc, sp) ≥D2K3, Outring (sc, sp) = true0, по умолчанию

, где K ₁ , K ₂ и K ₃ — это величина контроля температуры предварительного нагрева при различных изменениях информации раздела и K ₁ > K ₂ > K ₃ ; Площадь (sc, sp) — это разница площадей между sc и sp среза; S ₁ и S ₂ — оценочная стоимость изменения площади, а S ₁ > S ₂ ; Обхват (sc, sp) — это разница в периметрах между срезом sc и sp. D ₁ и D ₂ — оценочная стоимость изменений периметра, а D ₁ > D ₂ ; и Outring (sc, sp) — разница в количестве внешних колец между срезами sc и sp. Хотя такая информация, точная величина контроля температуры может быть предоставлена ​​на протяжении всего производственного процесса.

2.

Стабильное и равномерное управление температурой предварительного нагрева

Регулирование температуры поля температуры предварительного нагрева системы селективного лазерного спекания может быть достигнуто с помощью метода нечеткого управления.Однако в процессе изготовления деталей в системе селективного лазерного спекания необходимо обеспечить стабильное, равномерное управление всей температурой предварительного нагрева и отклонение температуры во всем рабочем поле в пределах ± 3 ° C. Температура поля температуры предварительного нагрева должна поддерживаться как можно ближе к заданному значению температуры в процессе контроля температуры предварительного нагрева. В процессе фактического контроля температуры предварительного нагрева входом для контроля температуры является температура порошкового слоя, измеренная инфракрасным термометром, и весь слой порошка нагревается тепловым излучением ламповых трубок.Поскольку температура обнаружения может быть нестабильной из-за внешних помех, могут возникать отклонения температуры, обнаруживаемые системой, и даже скачки, приводящие к нестабильному управлению. Среда предварительного нагрева и условия нагрева в каждой точке всего рабочего поля различны, что создает большие трудности для единообразного управления температурным полем предварительного нагрева.

Система контроля температуры предварительного нагрева системы селективного лазерного спекания представляет собой систему с большой инерцией, поэтому не будет резких изменений температуры предварительного нагрева.В случае возникновения скачков температуры в системе, подверженной помехам, необходимо исключить такие скачки температуры или минимизировать влияние таких скачков температуры. Учитывая, что изменение температуры в поле температуры предварительного нагрева является относительно медленным процессом, значение измерения температуры также относительно мягкое. Поэтому сглаживающий фильтр предназначен для реализации сглаживающей фильтрации на обнаруженном температурном сигнале, и влияние каждого значения определения температуры на обнаружение температуры уменьшается за счет принятия значения обнаружения температуры в течение определенного промежутка времени в качестве обнаруженного образца, тем самым уменьшая влияние интерференционного сигнала.Пространство выборки представляет собой очередь T [ n ] длиной n , и температура поля температуры предварительного нагрева определяется в соответствии с определенным временным циклом, а значение обнаружения вводится в очередь. Значение измерения температуры проходит через очередь в соответствии с правилом «первым пришел — первым вышел», и когда значение измерения температуры находится в определенной позиции очереди T [ i ] (0 < i < n ), соответствующий вес — P [ i ].Температура обнаружения может быть получена путем взвешенного усреднения, и метод расчета показан в формуле (1.48):

(1.48) T = ∑i = 1nT [i] P [i] / ∑i = 1nP [i]

текущему значению обнаружения температуры T [1] должен быть назначен максимальный вес, и чем дальше значение обнаружения будет от текущего состояния обнаружения, тем меньший вес будет назначен. После сглаживания обнаруженного значения температуры влияние слабых помех на систему может быть в основном устранено, но сильные колебания температуры обнаружения системы, вызванные сильными помехами, не могут быть устранены эффективно.Следовательно, необходимо определить рациональность текущей температуры обнаружения с определенным пороговым значением при реализации сглаживающей фильтрации по значению обнаружения температуры, тем самым устраняя сильные помехи.

Как показано на рис. 1.47, каждое измеренное значение температуры представляет собой средневзвешенное значение последовательных значений n измерений. Чем больше получается значение n , тем мягче будет изменяться значение определения температуры, на которое рассчитано средневзвешенное значение.Влияние любого одного значения измерения температуры на общее измерение температуры будет уменьшено, но в то же время увеличится задержка управления системой контроля температуры. Сглаживая фильтрацию по измеренным значениям, можно в принципе исключить влияние небольших колебаний температуры на систему температуры предварительного нагрева. На практике значение n не может быть слишком большим. Если значение n слишком велико, задержка регулирования всей системы регулирования температуры будет слишком большой для достижения хорошего эффекта регулирования.

Рисунок 1.47. Блок-схема определения температуры.

Для сильных помех не только сглаживающая фильтрация значения обнаружения не устраняется эффективно, но также увеличивается время действия сильных помех, что требует дополнительных мер при реализации сглаживания значения обнаружения, тем самым устраняя сильные помехи. Поскольку температура предварительного нагрева не изменяется внезапно за короткое время, значение области M может быть установлено заранее.Когда разница между значением Tm обнаружения и текущей средневзвешенной температурой T _c больше, чем M , считается, что текущее значение обнаружения подвергается помехам, которые классифицируются как недопустимые. Если разница находится в пределах порогового диапазона, очередь значений определения температуры обновляется, и средневзвешенное значение получается как текущее значение измерения температуры. В то же время во время работы системы селективного лазерного спекания существует разумный диапазон температуры предварительного нагрева.Когда температура выходит за пределы допустимого диапазона, можно считать, что сигнал помехи отфильтрован.

При определенной стратегии контроля температуры плавное регулирование системы температуры предварительного нагрева может быть в основном обеспечено с помощью метода нечеткого контроля и ряда мер по предотвращению помех; в то же время вся система контроля температуры предварительного нагрева может работать безопасно и стабильно в течение длительного времени, обладая при этом определенной отказоустойчивой способностью с необходимыми мерами контроля.

Температурное поле предварительного нагрева системы селективного лазерного спекания представляет собой квадратное рабочее поле, а температурная среда вокруг рабочего поля отличается. Чтобы добиться равномерного регулирования температуры предварительного нагрева, интенсивность регулирования должна быть различной, когда осуществляется контроль температуры предварительного нагрева. На практике слой порошка предварительно нагревается в методе лучистого нагрева ламп, и трубки лампы распределяются выше температурного поля предварительного нагрева. Основываясь на различных условиях предварительного нагрева, он разделен на три группы для управления, тем самым достигая единообразного управления температурным полем предварительного нагрева.

Учебное пособие по системам управления — javatpoint

Control Systems Tutorial предоставляет базовые и расширенные концепции библиотеки систем управления. Наше руководство по системе управления предназначено как для новичков, так и для профессионалов.

Наше учебное пособие по системе управления включает в себя все темы учебного пособия по системе управления, такие как введение в систему управления, классификация, передаточная функция, графы потоков сигналов, формула усиления Мейсона, блок-схема, модель пространства состояний и т. Д.

Введение в системы управления

Система управления — это система, в которой выход регулируется путем изменения входа.Первым устройством системы управления был регулятор Flyball Джеймса Ватта, который был изобретен в 1767 году. Цель изобретения регулятора Flyball состояла в том, чтобы поддерживать постоянную скорость двигателя, регулируя подачу пара в двигатель.

В системе управления поведение системы описывается дифференциальными уравнениями. Дифференциальные уравнения могут быть как обыкновенными дифференциальными уравнениями, так и разностными уравнениями.

Есть два типа системы управления:

1. Система управления без обратной связи.
2. Система управления с обратной связью.

Система управления без обратной связи

Система управления без обратной связи — это система, в которой управляющее воздействие не зависит от желаемого выходного сигнала. В этой системе выходной сигнал не сравнивается с входным, что означает, что в этой системе нет сигнала обратной связи. Система управления без обратной связи также известна как система управления без обратной связи или система управления без обратной связи.

Примеры

1. Стиральная машина автомат — В этой системе время работы устанавливается вручную.По истечении установленного времени машина останавливается независимо от того, достигнута ли желаемая чистота, потому что нет сигнала обратной связи, который машина может определить.
2. Погружной стержень — в этой системе стержень нагревает воду, но сколько горячей воды требуется, стержень не может определить его количество.

Преимущества разомкнутой системы управления

1. Разомкнутые системы просты.
2. Это экономичные.
3. Требуется меньше обслуживания и это несложно.

Недостатки разомкнутой системы управления

1. Разомкнутые системы неточны.
2. Эти системы ненадежны.
3. Это медленно.
4. Оптимизация невозможна.

Система управления с обратной связью

Система управления с обратной связью — это система, в которой управляющее действие зависит от желаемого выхода. В этой системе выходной сигнал сравнивается с опорным входным сигналом и вырабатывается сигнал ошибки, затем этот сигнал ошибки подается в контроллер, чтобы уменьшить ошибку и получить желаемый выходной сигнал.

Примеры

1. Утюг электрический.
2. Серво стабилизатор напряжения.
3. Кондиционер.

Преимущества замкнутых систем

1. Эти системы более надежны.
2. Системы с обратной связью быстрее.
3. Многие переменные могут обрабатываться одновременно.
4. Возможна оптимизация.

Недостатки замкнутых систем

1. Замкнутые системы дороги.
2. Техническое обслуживание затруднено.
3. Для этих систем установка затруднительна.

Разница между системой без обратной связи и системой с обратной связью

Индекс систем управления

Необходимое условие

Перед изучением Руководства по системе управления вы должны иметь базовые знания языка JAVA.

Аудитория

Наше руководство по системе управления предназначено для начинающих и профессионалов.

Проблемы

Мы заверяем, что вы не найдете никаких проблем в этом Руководстве по системе управления. Но если есть какая-то ошибка, опубликуйте проблему в контактной форме.

Дом | Общество систем управления IEEE

Биография

Мария Прандини родилась в Брешии, Италия, 8 сентября 1969 года. Она получила степень Лауреа с отличием в области электротехники Миланского политехнического университета (1994) и докторскую степень. степень в области информационных технологий Университета дельи Студи в Брешии (1998 г.). После ее доктора философии исследований, она была приглашенным докторантом в Лаборатории исследований электроники Калифорнийского университета в Беркли с 1998 по 2000 год.Она также занимала приглашенные должности в Делфтском технологическом университете (1998 г.), Кембриджском университете (2000 г.), Калифорнийском университете в Беркли (2005 г.) и Швейцарском федеральном технологическом институте в Цюрихе (2006 г.).

С декабря 2002 г. по январь 2011 г. она была доцентом в Dipartimento di Elettronica e Informazione Миланского политехнического университета. С февраля 2011 года по февраль 2018 года она была доцентом той же кафедры, которая теперь называется Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria, где она в настоящее время является профессором.

Ее исследовательские интересы включают рандомизированные методы системного анализа и проектирования; моделирование, верификация и управление стохастическими и гибридными системами; и многоагентные системы, включающие распределенную оптимизацию и теоретико-игровые решения для совместного и некооперативного принятия решений. Ее исследования были мотивированы в основном приложениями в области транспорта и энергетики.

С 1999 года она ведет курсы по контролю на уровне бакалавриата и магистратуры в Италии, а также в международных учреждениях за рубежом.В частности, она была лектором доктора философии. курс по стохастическим системам: оценка и управление в Калифорнийском университете в Беркли (весна 1999 г.), магистерский курс по гибридным системам в Штутгартском университете (первый семестр 2014-2015 гг.) и докторский курс по гибридным системам в Лунде. Университет (октябрь 2015 г.). Она преподает магистерский курс по нелинейному управлению в своем учреждении, где она также преподает курсы повышения квалификации для докторов наук. студенты по гибридным системам и совместной и некооперативной оптимизации и управлению.

В настоящее время она возглавляет программу автоматизации и управления в Миланском политехническом университете.

Она была главным исследователем в финансируемом ЕС проекте h3020 UnCoVerCPS \ Unifying Control and Verification of Cyber-Physical Systems (2015 {2018), отвечая за научную деятельность команды PoliMi, которая включает разработку методов распределенной оптимизации. для сетевых систем.Ранее она участвовала в финансируемых ЕС проектах по моделированию, проверке и контролю стохастических и гибридных систем с применением в области энергетики и транспорта.В частности, она была руководителем рабочего пакета в проекте FP5 HYBRIDGE \ Распределенное управление и стохастический анализ гибридных систем, поддерживая проектирование критически важных для безопасности систем в реальном времени »(2002 {2005), и главным исследователем в проекте FP6 iFly \ Safety, Complexity и «Ответственное проектирование и проверка высокоавтоматизированного управления воздушным транспортом» (2007 {2011) и в проекте FP7 MoVeS «Моделирование, проверка и управление сложными системами: от основ до приложений для электросетей» (2010-2013).

Она была членом редакционных советов ведущих контролируемых журналов в качестве младшего редактора (IEEE Transactions on Automatic Control, 2009-2013, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2009-2015, и Nonlinear Analysis: Hybrid Systems, 2011- 2015) и в качестве редактора дискуссий (European Journal of Control, 2007-2013). Она является членом редакционного совета конференции IEEE Control Systems Society (CSS) (с 2007 г.) и редакционного совета конференции Европейской ассоциации управления (EUCA) (с 2013 г.) в качестве младшего редактора.В настоящее время она является младшим редактором журнала IEEE Transactions по управлению сетевыми системами. Она активно работала в IEEE CSS и Международной федерации автоматического управления (IFAC). Она является членом Технического комитета МФБ по дискретным и гибридным системам (с 2008 г.). Она была назначена членом политического комитета МФБ на 2017-2020 годы. Она вносила свой вклад в деятельность и управление IEEE CSS в различных ролях. С 2013 по 2015 год она была редактором электронных публикаций CSS.Она была избрана членом Совета управляющих IEEE CSS сроком на три года (2015-2017). Она была вице-президентом IEEE CSS по конференционной деятельности в 2016 и 2017 годах. Она была избранным членом комитета по назначениям CSS на 2018 год.

В настоящее время является членом Совета директоров SIGBED.

Она была членом программных комитетов нескольких международных конференций, а также занималась организацией или участием в приглашенных сессиях, семинарах и учебных курсах.Она была сопредседателем 21-й Международной конференции ACM по гибридным системам: вычисления и управление (HSCC 2018).

В настоящее время она является со-председателем программы IEEE Conference on Decisione and Control 2020 и программным председателем IEEE Conference on Decisione and Control 2021.

В 2018 году она получила награду IEEE CSS Distinguished Member Award за вклад в создание стохастических, гибридных и распределенных систем управления и выдающийся сервис Обществу систем управления, связанный с электронными публикациями и конференционной деятельностью.

В 2019 году она была повышена до стипендиата IEEE с 1 января 2020 года со следующей цитатой: «За вклад в теорию стохастических, гибридных и распределенных систем управления».

ESA — Системы управления

Для того, чтобы спутники или космические аппараты выполняли свою миссию, их ориентация и положение в космосе часто требуют чрезвычайно точного управления, выполняемого бортовыми системами управления.

Что такое домен «Системы управления»?

Техника управления фокусируется на моделировании динамических систем и разработке контроллеров с обратной связью, которые заставляют эти системы вести себя желаемым образом.

В системе управления с обратной связью набор датчиков контролирует выходные данные (например, направление наведения спутника или относительное положение космического корабля) и передает данные в компьютер, который непрерывно регулирует управляющий вход (через исполнительные механизмы) по мере необходимости, чтобы свести ошибку управления к минимуму (то есть, чтобы поддерживать желаемую ориентацию наведения или относительное положение).

Обратная связь о том, как работает система, позволяет контроллеру бортового компьютера динамически компенсировать нарушения в системе.Идеальная система управления с обратной связью устраняет все ошибки, эффективно смягчая воздействие любых сил, которые могут возникнуть во время работы, и вырабатывает реакцию в системе, которая полностью соответствует пожеланиям пользователя.

Космические приложения, которые охватывает эта дисциплина, включают в себя управление ориентацией и орбитой спутников, точное наведение антенн или оптических терминалов, а также в более общем плане наведение, навигацию и управление космическими аппаратами, которые должны выполнять специальные функции, такие как групповой полет и орбитальное сближение, посадка на астероиды и планетарные тела, а также повторный вход в атмосферу Земли.

Системы управления ориентацией и орбитой (AOCS) необходимы для всех космических миссий. Общий объем траектории спутника задается пусковой установкой, которая поднимает его в небо, — выбирается экспертами по орбитальной динамике задолго до постройки спутника, — после чего более мелкие двигатели выводят его на рабочую орбиту. После этого бортовая система управления с обратной связью отвечает за управление направлением наведения космического корабля — известным как его положение — по мере его движения по орбитальной траектории.

Проблема в том, что положение спутников изменяется по-разному, будь то аэродинамическое сопротивление внешних слоев атмосферы или гравитационное влияние Земли, или давление солнечного излучения, оказываемое на большие придатки, или взаимодействие между магнитным полем Земли и магнитными диполями спутников. Положение спутника также нарушается его собственным содержимым, которое может создавать нежелательные колебания жидкости в топливном баке, и колебания больших солнечных крыльев являются классическими примерами.

Возмущающим эффектам таких внешних и внутренних крутящих моментов необходимо противодействовать с помощью AOCS. Эта система включает в себя датчики для определения текущего положения спутника (например, гироскопы, стартовые датчики, датчики Солнца или магнитометры) и исполнительные механизмы (включая двигатели, реактивные колеса или магнитные вращающие механизмы) для запуска желаемых корректирующих вращений вокруг центра масс спутника.

Почему компьютерные системы важны?

Поставленные задачи многих космических аппаратов требуют, чтобы они поддерживали конкретное абсолютное и относительное наведение в пределах допустимых ошибок, и это достигается бортовой AOCS.Спутниковые антенны связи должны учитывать ошибки наведения в виде полуконуса для наземных станций и пользователей, в то время как космические астрономические обсерватории или спутники наблюдения Земли должны дополнительно обеспечивать высокую стабильность прямой видимости оптических или радиочастотных инструментов.

Аналогичным образом, системы наведения, навигации и управления (GNC) гарантируют, что планетарные зонды и транспортные средства должны сохранять не только свою ориентацию наведения, но также свое абсолютное или относительное положение в пространстве, чтобы достичь успешного сближения с целью или автономная и безопасная посадка на планетарное тело или для поддержания позиционирования с шестью относительными степенями свободы (DOF), когда речь идет о боевой миссии.В этом случае требуются специализированные датчики, такие как датчики сближения, лидарные или оптические навигационные камеры, радиочастотные и оптические метрологические системы.

Итак, AOCS / GNC является важной подсистемой — миссия будет преждевременно завершена, если она потерпит неудачу. Уровень производительности, требуемый от AOCS / GNC, варьируется от миссии к миссии: спутник связи, указывающий на наземную станцию, может требовать точности 0,1 градуса, в то время как космический телескоп, ищущий определенную астрономическую цель, должен быть в тысячи раз более точным.Полетные группы и миссии по посадке на планете, которые в настоящее время находятся на стадии планирования, также потребуют высокой точности для относительной навигации и позиционирования.

Спасибо за лайк

Вам уже понравилась эта страница, вам может понравиться только один раз!

Двухпозиционная система управления — x-engineer.org

На промышленном предприятии система управления с обратной связью выполняет роль поддержания измеренного физического сигнала на предварительно определенном уровне ( заданное значение ).Физический сигнал, также называемый управляемой переменной , может быть любого вида: электрическим (напряжение, ток, мощность), механическим (положение, скорость, сила, крутящий момент), гидравлическим (давление, расход) или тепловым (температура). Разница между контролируемой переменной (измеренной) и предварительно заданным значением называется ошибкой .

Вход контроллера — это ошибка, а выход контроллера — сигнал срабатывания, который отправляется на исполнительный механизм. Управляемая переменная дополнительно измеряется датчиком, и информация возвращается в контроллер.

Изображение: Система управления с обратной связью

Разница между уставкой и выходной мощностью объекта (измеренной) возникает из-за возмущений , которые влияют на установку (процесс). Роль контроллера состоит в том, чтобы отклонять эти возмущения и поддерживать выходную мощность установки (регулируемую переменную) на предварительно определенном значении (заданном значении).

Способы, которыми контроллер реагирует на ошибку, называются законами управления или режимами управления. В промышленных приложениях используется несколько законов управления, большинство из которых относятся к двухпозиционному, ПИД-регулированию или другим более сложным законам (нечетким, нейронечетким, оптимальным и т. Д.).

Двухпозиционное управление — это простейшая форма контроллера, который включается, когда ошибка положительная, и выключается, когда ошибка равна нулю или отрицательна. Двухпозиционный контроллер не имеет промежуточных состояний, а только полностью ВКЛЮЧЕНО или полностью ВЫКЛЮЧЕНО состояний. Из-за логики переключения, контроллер включения-выключения часто называют контроллером bang-bang или двухступенчатым контроллером .

Независимо от размера ошибки, выход двухпозиционного регулятора может быть либо полностью ВКЛЮЧЕН, либо полностью ВЫКЛЮЧЕН, он не пропорционален ошибке.

Возьмем для примера контроль температуры в промышленной духовке. Температура внутри духовки измеряется датчиком и возвращается на контроллер. В зависимости от погрешности (разница между заданной температурой и измеренной температурой) нагревательные элементы включаются или выключаются контроллером. У ТЭНа нет промежуточных значений, они полностью ВКЛЮЧЕНЫ или полностью ВЫКЛЮЧЕНЫ.

Изображение: Управление включением-выключением промышленных печей

Если мы сравним эту систему с общей системой с обратной связью, описанной выше, мы можем идентифицировать следующие элементы:

• контроллер: переключатель
• установка: печь
• обратная связь (измеренная выход): температура

Промышленная печь имеет две важные характеристики, которые необходимо объяснить, поскольку они влияют на реакцию контроллера:

• мертвое время
• емкость (инерция)

В большинстве систем управления с петля обратной связи, система не может мгновенно реагировать на какие-либо помехи, и требуется время (задержка), пока выход контроллера не повлияет на измеряемый (производственный) выход.Эта временная задержка известна как мертвое время . В случае промышленной печи, если дверца доступа открыта, требуется время, пока температура не упадет, контроллер определит разницу, включит нагреватели и температура вернется к заданному значению. Мертвое время скрывает помехи от контроллера и ограничивает его способность быстро реагировать.

Емкость системы рассматривается как сопротивление изменению входов. Чем выше емкость системы, тем больше времени требуется для реакции на изменения.{- \ tau \ cdot s} \ tag {1} \]

где:

K — усиление
T — постоянная времени
τ — мертвое время

Постоянная времени является мерой емкости системы. Чем выше постоянная времени, тем больше времени требуется системе, чтобы реагировать на изменение входных сигналов или помехи.

Если двухпозиционный контроллер настроен на управление процессом первого порядка с мертвым временем, выходной сигнал контроллера и установки (регулируемая переменная / температура) будет иметь следующее поведение.

Изображение: Пример двухпозиционного управления

Предположим, что заданная температура духовки составляет 120 ° C, а начальная температура равна 0 ° C. Мертвое время духовки 30 с.

Когда эта функция активирована, контроллер определяет разницу температур через обратную связь по температуре и включает ( 1 ) нагревательные элементы. Из-за мертвого времени только через 30 с, после включения ТЭНов, мы можем заметить повышение температуры. Повышение температуры не резкое, а медленное, и требуется около 300 с, пока температура не достигнет заданного значения.Когда температура выше 120 ° C, контроллер отключает ( 0 ) нагревательные элементы. Поскольку нагревательные элементы все еще горячие, температура в течение короткого времени продолжит повышаться, а затем понизится. Когда температура опускается ниже 120 ° C, двухпозиционный контроллер включает нагревательные элементы. Поскольку нагревательным элементам требуется время, чтобы достичь номинальной температуры, температура в духовке все равно на короткое время снизится, а затем повысится.

Как видите, двухпозиционный контроллер не может поддерживать постоянную температуру в духовке, но всегда поднимается выше и ниже заданного значения.Этот цикл вокруг заданного значения называется « охота ».

Изображение: выход управления вкл / выкл

Реакцию двухпозиционного контроллера можно резюмировать, как на изображении выше. Когда ошибка положительная, контроллер включается. Когда ошибка равна нулю или отрицательна, выход контроллера выключен.

Пример 1 . Реализуйте двухпозиционный контроллер для промышленной системы контроля температуры печи со следующими параметрами:

• Отклик разомкнутого контура печи при пошаговом входе: 180 ° C
• Постоянная времени печи: 240 с
• мертвое время процесс: 30 с

, который будет контролировать температуру для заданного значения 120 ° C.{- 30 \ cdot s} \ tag {2} \]

В Xcos завод можно смоделировать как передаточную функцию первого порядка с задержкой непрерывного исправления :

Изображение: Модель завода (промышленная печь)

Двухпозиционный контроллер может быть смоделирован в Xcos с помощью динамического переключателя , который может выводить функцию 1 (ВКЛ) или 0 (ВЫКЛ) знака температурной ошибки.

Изображение: Блок-схема двухпозиционного контроллера Xcos

Уставка определяется как блок константы .Погрешность рассчитывается как разница между заданным значением и текущим значением температуры (выходной сигнал установки). И модель установки, и двухпозиционный контроллер сгруппированы в блоки , определяемые пользователем функции .

Изображение: Блок-схема двухпозиционного управления Xcos

Моделирование выполняется в течение 1000 с. Выходной сигнал контроллера и выходной сигнал установки показаны на изображении ниже.

Изображение: График Xcos для двухпозиционного управления

Мы можем видеть, как двухпозиционный контроллер переключает выход с ВКЛ на ВЫКЛ около заданного значения.Постоянное переключение с высокой частотой около заданного значения может привести к перегрузке исполнительных механизмов и потенциальному выходу из строя. По этой причине большинство двухпозиционных регуляторов имеют встроенный гистерезис .

Двухпозиционный контроллер с гистерезисом будет переключаться не вокруг заданного значения, а между верхним и нижним пределом. Таким образом, частота переключения будет уменьшаться, но отклонение (выброс) от заданного значения увеличится.

Изображение: Двухпозиционное регулирование с выходом гистерезиса

Ошибка больше не сравнивается с нулем, а со значением гистерезиса.Чем выше значение гистерезиса, тем ниже частота переключения и выше выброс.

В нашем конкретном примере, если температура духовки установлена ​​на 120 ° C, а гистерезис на 20 ° C, двухпозиционный контроллер выключится, когда температура выше 130 ° C, и включится, когда она станет меньше 110 ° С.

Пример 2 . Для той же установки, что и в примере 1, спроектируйте двухпозиционный контроллер с гистерезисом 20 ° C.

В этом примере в качестве двухпозиционного контроллера мы собираемся использовать стандартный блок Xcos Hysteresis со следующими параметрами:

• включить: 10
• выключить: -10
• вывод при включении: 1
• вывод при выключении: 0

Изображение: Блок-схема управления гистерезисом включения-выключения Xcos

Моделирование выполняется для 1000 с.Выходной сигнал контроллера и выходной сигнал установки показаны на изображении ниже.

Изображение: График Xcos управления гистерезисом включения-выключения

Частота переключения контроллера уменьшилась, но отклонение температуры (выброс) вокруг заданного значения увеличилось. На практике для конкретного приложения гистерезис устанавливается для достижения наилучшего компромисса между частотой переключения и выбросом.

Вместо гистерезиса двухпозиционный контроллер может также иметь зону нечувствительности .Мертвая зона представляет собой нижний и верхний пределы ошибки, между которыми контроллер не реагирует. В этом случае контроллер будет иметь три состояния.

Изображение: Двухпозиционное регулирование с выходом зоны нечувствительности

В качестве приложения мы можем представить электродвигатель, которому необходимо примерно расположить компонент между некоторыми пределами. Двухпозиционный контроллер будет вращать двигатель вперед (FWD), назад (BWD) или ждать (IDLE). Если положение компонента находится между зоной нечувствительности, контроллер будет в состоянии IDLE.

Основными преимуществами двухпозиционных контроллеров являются: простота, дешевизна и цифровой выход (всего два состояния). Основные недостатки: регулируемый параметр будет постоянно переключаться вокруг заданного значения, и если гистерезис установлен неправильно, отклонение от заданного значения может быть весьма значительным.

Двухпозиционное регулирование в основном используется в некритических приложениях, где погрешность между заданным значением и выходной мощностью установки может варьироваться в относительно большой степени.Например, в системах контроля температуры для домов (отопление и охлаждение), морозильных камер и других бытовых приборов используется двухпозиционное регулирование.

Принцип работы двухпозиционного контроллера важен, потому что он закладывает основу для более сложных контроллеров. Понимание недостатков простого контроллера помогает на этапе проектирования более продвинутого контроллера.