Hệ thống mạch vòng hở

Trong hướng dẫn này, chúng ta sẽ tìm hiểu về một khái niệm quan trọng trong Hệ thống điều khiển được gọi là Hệ thống vòng lặp mở. Chúng ta sẽ tìm hiểu một số khái niệm cơ bản về hệ thống và hệ thống điều khiển, hệ thống vòng hở là gì, ưu nhược điểm của nó là gì và cũng có một số ví dụ về hệ thống vòng hở.

Hệ thống là gì?

Hệ thống được định nghĩa là tập hợp các khối (hoặc các thành phần hoặc đối tượng) được kết nối với nhau để thực hiện một quá trình (hoặc phục vụ hoặc thực hiện một mục tiêu). Một định nghĩa đơn giản khác về Hệ thống là nó là một nhóm các thành phần (hoặc phần tử) được kết nối theo một trình tự để thực hiện một chức năng (hoặc nhiệm vụ) cụ thể.

Hệ thống không có nghĩa là chỉ thực thể vật lý. Nó cũng có thể là một trừu tượng hoặc một hiện tượng hoặc một khái niệm, một cái gì đó mà chúng ta thường sử dụng trong lĩnh vực Toán học và Kinh tế. Nhưng một hệ thống vật lý bao gồm các đối tượng vật lý được kết nối với nhau để thực hiện một chức năng.

Hãy xem xét một Động cơ điện. Nó là một hệ thống vật lý với các thành phần như rôto, stato, lồng, hệ thống dây điện, v.v … Nó nhận năng lượng điện làm đầu vào và tạo ra năng lượng cơ học như đầu ra.

Dựa trên ví dụ này, chúng ta có thể định nghĩa lại khái niệm Hệ thống là sự sắp xếp các thành phần trong một ranh giới, chúng hoạt động cùng nhau bằng cách chấp nhận một đầu vào (hoặc nhiều đầu vào) và cung cấp một đầu ra.

Hệ thống điều khiển là gì?

Hệ thống điều khiển là một Hệ thống trong đó đầu ra được điều khiển bằng cách thay đổi / điều chỉnh đầu vào. Một định nghĩa khác của Hệ thống kiểm soát là nó là sự kết hợp của các hệ thống con và quy trình làm việc cùng nhau để có được đầu ra và hiệu suất mong muốn với đầu vào xác định.

Bạn có thể hiểu định nghĩa của Hệ thống điều khiển một cách dễ dàng bằng cách xem xét một ví dụ. Hệ thống điều khiển mà chúng ta sắp nói đến là thang máy.

Hãy tưởng tượng bạn bước vào một thang máy và nhấn phím ‘4’ (như bạn muốn đi đến 4 thứ sàn). Hệ thống điều khiển thang máy lấy đầu vào này và theo đó vận hành động cơ và cửa ra vào (đầu ra). Khoảng thời gian động cơ chạy phụ thuộc vào phím đầu vào được nhấn, tức là, nó thay đổi tùy theo phím được nhấn.

Có hai định nghĩa khác về Hệ thống điều khiển có thể thú vị. Hệ thống điều khiển là một nhóm các thiết bị được kết nối với nhau, trong đó mỗi thiết bị có số lượng đầu vào – đầu ra riêng và điều khiển hệ thống tiếp theo bằng cách kết nối đầu ra của nó.

Hệ thống điều khiển cũng có thể được định nghĩa là một nhóm các thiết bị được sử dụng để điều khiển hoặc điều chỉnh hoạt động của hệ thống khác. Ví dụ, để điều khiển máy móc sản xuất chúng ta sử dụng hệ thống điều khiển sản xuất, trong các ngành công nghiệp nặng.

Có một số cách để phân loại Hệ thống điều khiển. Một số cách phân loại phổ biến của hệ thống điều khiển là:

  • Hệ thống vòng lặp mở và hệ thống vòng lặp đóng – dựa trên tín hiệu phản hồi
  • Hệ thống tuyến tính và phi tuyến tính – dựa trên phương trình vi phân của chúng
  • Hệ thống liên tục và rời rạc – dựa trên loại tín hiệu trong hệ thống của chúng
  • Hệ thống thay đổi thời gian và bất biến thời gian – dựa trên sự phụ thuộc vào thời gian của chúng

Trong phần này, chúng tôi quan tâm đến Hệ thống điều khiển dựa trên phản hồi, tức là Hệ thống vòng lặp mở và Hệ thống vòng lặp đóng và đặc biệt là Hệ thống vòng lặp mở, là chủ đề chính của hướng dẫn này.

Đôi khi, để đạt được tính nhất quán và ổn định của một hệ thống và tạo ra đầu ra mong muốn, hệ thống điều khiển có thể sử dụng phản hồi. Phản hồi không là gì ngoài một phần của tín hiệu đầu ra được đưa trở lại đầu vào. Phản hồi là một trong những khái niệm quan trọng và thường xuyên được sử dụng trong Hệ thống điều khiển.

Phản hồi được kết nối với đầu vào của hệ thống cho phép hệ thống điều chỉnh các thông số của nó để có được phản hồi đầu ra mong muốn.

Dựa trên kết nối phản hồi, tức là, nếu phản hồi được sử dụng hay không, hệ thống điều khiển được phân thành hai loại. Họ đang:

  • Hệ thống điều khiển vòng lặp mở
  • Hệ thống kiểm soát vòng lặp kín

Hệ thống vòng lặp mở

Hệ thống điều khiển không có bất kỳ phản hồi nào được kết nối với nó được gọi là Hệ thống vòng lặp mở. Các loại hệ thống này không phụ thuộc vào đầu ra của nó, tức là trong hệ thống vòng hở, đầu ra không được sử dụng như một biến điều khiển cho hệ thống và nó không ảnh hưởng đến đầu vào.

Hệ thống vòng hở là hệ thống dòng tín hiệu một chiều. Vì các hệ thống này không chứa bất kỳ phản hồi nào, tức là đầu ra không được đưa trở lại đầu vào, chúng còn được gọi là Hệ thống không phản hồi.

Hình ảnh sau đây cho thấy một sơ đồ khối đơn giản của Hệ thống Vòng lặp Mở.

Trong hệ thống vòng hở, đầu ra có thể được điều chỉnh / thay đổi bằng cách thay đổi đầu vào nhưng đầu ra không ảnh hưởng đến đầu vào. Đầu ra của hệ thống vòng hở chỉ có thể được xác định bằng đầu vào trạng thái hiện tại của nó. Nếu đầu ra bị ảnh hưởng do một số tiếng ồn / nhiễu bên ngoài, hệ thống vòng hở không thể sửa chữa nó.

Ngoài ra, không có cơ hội để sửa các lỗi chuyển tiếp trong hệ thống vòng lặp mở nên có nhiều cơ hội xảy ra lỗi hơn.

Mở ứng dụng hệ thống vòng lặp

Chúng tôi sử dụng hệ thống điều khiển vòng lặp mở trong nhiều ứng dụng của cuộc sống hàng ngày của chúng tôi. Một số hệ thống phổ biến, được thiết kế dựa trên khái niệm về hệ thống điều khiển vòng hở, được đề cập dưới đây:

  • Máy giặt
  • Bóng đèn điện
  • Máy sấy tay điện
  • Máy nướng bánh mì theo thời gian
  • Vòi nước tự động
  • Điều khiển tivi
  • Máy sấy quần áo bằng điện
  • Bóng râm trên cửa sổ
  • Động cơ bước hoặc Động cơ Servo
  • Máy in phun
  • Hệ thống khóa cửa
  • Hệ thống kiểm soát giao thông

Ví dụ về thời gian thực của hệ thống vòng lặp mở

Một số ví dụ thời gian thực của hệ thống vòng lặp mở được giải thích dưới đây.

Máy sấy quần áo bằng điện

Chúng tôi vận hành máy sấy quần áo tùy thuộc vào lượng quần áo cần sấy. Chúng tôi đặt bộ hẹn giờ trong hệ thống để thực hiện thao tác này, giả sử là 20 phút. Vì nó là một hệ thống vòng lặp mở tự động, máy sẽ tự động ngừng hoạt động sau 20 phút, bất kể tính chất của quần áo, cho dù chúng khô hay ẩm.

Máy sấy quần áo là một hệ thống vòng lặp mở, vì nó không xem xét tình trạng của quần áo trước khi ngừng hoạt động. Người dùng có thể điều chỉnh thời lượng hoạt động của hệ thống bằng cách cài đặt các nút điều khiển hẹn giờ theo yêu cầu của mình. Quan sát sơ đồ khối dưới đây cho hệ thống điều khiển vòng hở, máy sấy điện.

Ở đây, hệ thống sấy điện có ba khối, bộ hẹn giờ, bộ phận làm nóng và quần áo. Chủ yếu, người dùng đặt thời gian sấy quần áo trong bộ hẹn giờ. Và bộ điều khiển hẹn giờ hoạt động kết hợp với bộ phận làm nóng, để tạo ra nhiệt và làm khô quần áo.

Vì không có phản hồi về quần áo, độ ẩm, hệ thống ngừng hoạt động sau thời gian đặt trước và nó không xem xét trạng thái của quần áo. Ngay cả khi quần áo đã khô, hệ thống sẽ tắt sau thời gian quy định.

Vì hệ thống không có phản hồi, đây còn được gọi là “hệ thống không phản hồi”, trong đó đầu ra của hệ thống chỉ phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào và không có hành động điều khiển nào của tín hiệu đầu vào dựa trên đầu ra được cung cấp.

Đầu ra của hệ thống điều khiển vòng hở không được so sánh với đầu vào của hệ thống để kiểm tra lỗi trong đầu ra. Đầu ra của tín hiệu không phản hồi “trung thực” phụ thuộc vào đầu vào của nó và không phụ thuộc vào bất kỳ trường hợp hoặc thông số nào khác bên ngoài hệ thống.

Các hệ thống này có thể bị ảnh hưởng bởi độ lệch lớn trong đầu ra, khi giá trị đặt trước của hệ thống biến mất. Vì hệ thống vòng lặp mở không có bất kỳ kiến ​​thức nào về đầu ra, nên nó không thể tự sửa lỗi. Đây là một nhược điểm lớn của hệ thống điều khiển vòng hở.

Một nhược điểm khác là các hệ thống này không thể xử lý các nhiễu bên ngoài và rất kém khả năng chống lại việc áp dụng các thay đổi đối với các thông số hệ thống bên ngoài.

Vì vậy, chúng tôi bắt gặp một cuộc thảo luận rằng các lỗi xảy ra trong các hệ thống vòng hở sẽ làm xáo trộn quá trình sấy và để duy trì sự ổn định, các hệ thống này đòi hỏi sự chú ý thường xuyên (liên tục) của người sử dụng.

Điều này có nghĩa là người dùng cần kiểm tra quá trình và nhiệt độ của quần áo, thường xuyên và kiểm soát máy khi nó đi chệch khỏi các trường hợp điều kiện cần thiết.

Hệ thống kiểm soát giao thông

Hầu hết các Hệ thống điều khiển lưu lượng tự động là hệ thống điều khiển vòng mở dựa trên thời gian, tức là mỗi tín hiệu được phân bổ với một khoảng thời gian cụ thể trong đó nó hoạt động bất kể lượng lưu lượng truy cập.

Máy giặt

Một ví dụ khác về Hệ thống điều khiển vòng lặp mở mà chúng ta sử dụng trong cuộc sống hàng ngày là Máy giặt. Các hoạt động ngâm, giặt, giũ và sấy tùy thuộc vào thời gian và không phụ thuộc vào độ sạch của quần áo hay quần áo đã khô hay chưa.

Bóng đèn điện

Chúng ta đều biết rằng khi dòng điện đi qua bóng đèn điện thì nó sẽ tạo ra ánh sáng. Khi nguồn điện có sẵn, bằng cách BẬT bóng đèn, chúng ta có thể làm cho nó hoạt động. Và quá trình này không phụ thuộc vào nhiệt độ của bóng đèn hoặc bất kỳ thông số nào khác.

Máy sấy tay điện

Máy sấy tay hoạt động bằng nguồn điện và khi chúng ta để tay trước mặt nó, máy sẽ tự động làm khô tay bằng cách thổi không khí nóng, bất kể tay chúng ta được làm khô ở mức độ nào.

Máy nướng bánh mì

Máy nướng bánh mì là một ví dụ đơn giản khác về Hệ thống điều khiển vòng lặp mở khi máy chạy dựa trên khoảng thời gian đặt trước bất kể việc nướng bánh mì đã hoàn thành hay chưa.

Ưu điểm của Hệ thống điều khiển vòng lặp mở

Các ưu điểm chính của hệ thống điều khiển vòng hở được liệt kê dưới đây:

  • Hệ thống điều khiển vòng lặp mở rất đơn giản và dễ thiết kế.
  • Chúng rẻ hơn đáng kể so với các loại hệ thống điều khiển khác.
  • Việc bảo trì hệ thống điều khiển vòng hở rất đơn giản.
  • Nói chung, các hệ thống vòng lặp mở là ổn định ở một mức độ nào đó.
  • Các loại hệ thống này dễ xây dựng và thuận tiện khi sử dụng.

Nhược điểm của Hệ thống điều khiển Vòng lặp Mở

Nhược điểm của hệ thống vòng lặp mở là:

  • Băng thông của hệ thống điều khiển vòng hở ít hơn.
  • Hệ thống không phản hồi không tạo điều kiện cho quá trình tự động hóa.
  • Hệ thống vòng lặp mở không chính xác về bản chất và cũng không đáng tin cậy.
  • Nếu đầu ra của chúng bị ảnh hưởng bởi một số nhiễu bên ngoài, không có cách nào để sửa chúng tự động vì đây là các hệ thống không phản hồi.

Phần kết luận

Đây là phần giới thiệu ngắn gọn về khái niệm Hệ thống điều khiển và đặc biệt, biến thể Hệ thống vòng lặp mở. Bạn đã hiểu hệ thống là gì, hệ thống điều khiển là gì, Hệ thống điều khiển vòng lặp mở là gì, ưu nhược điểm của hệ thống vòng lặp mở và một số ví dụ phổ biến về Hệ thống vòng lặp mở mà chúng ta sử dụng / gặp hàng ngày.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Check Also
Close
Back to top button