sont exactement ce que vous pensez être: les systèmes développés pour contrôler quelque chose. Peut-être un meilleur moyen de mettre la conception des systèmes contrôle le comportement de quelque chose. Le terme “systèmes de contrôle” fait un travail remarquable d’être vague et beaucoup d’entre nous (à l’origine) ne pensent pas trop à ce sujet jusqu’à ce que celui-ci soit amené à notre attention ou que nous écrasions une armature robotique en soi et examinons comment cet événement horrible a été autorisé s’est passé. En règle générale pendant cette enquête, notre boîte de dialogue interne a une boucle en cours d’exécution qui va quelque chose comme: “Pourquoi diable le système me permettra de le manipuler de manière autodestructeur!”
Ce que j’ai trouvé était ma propre ignorance, je n’avais pas mis en œuvre un système de contrôle approprié. On pourrait faire en sorte que je n’ai pas pris en compte aucun système de contrôle. J’ai sauté trop profond, trop rapide (sonore familier?) Et j’ai payé le prix de crash d’un bras rotatif dans une autre partie du système. Heureusement, un ami est entré et réparé le bras pour moi et métaphoriquement pointé sur un grand signe au néon sur le mur et dit “Vous ne pouvez pas négliger cela”. Il marchait pour tirer la chaîne pendante en dessous du panneau, la haute tension alimentée par le gaz dans les tubes qui m’intéressant avec les mots maintenant inévitablement apparents: systèmes de contrôle.
Preuve de systèmes de contrôle
Source: Globe Rove
Il y a des preuves de systèmes de contrôle tout autour de nous, nous les utilisons toute la journée sans leur donner une pensée. Je me lève au milieu de la nuit dans un dédazé, je branais le couloir comme un zombie pour un verre d’eau et je ne manquez jamais l’affaire du placard avec mon bras étendu. Je balance la porte à l’armoire la distance appropriée sans aucun problème et saisir un verre avec mon autre main. Je fais ces choses sans se concentrer activement sur eux, mais ce sont néanmoins, ce sont des systèmes de contrôle. Je ne serre pas le verre avant de se briser dans ma main alors que je le reçois du placard. J’ai également la capacité de tourner sur l’eau du robinet, de remplir le verre, d’éteindre l’eau, et la seule chose humide est l’intérieur du verre, pas la main ou même le bassin de l’évier sous le robinet d’eau. Ceci est un exemple de nombreux systèmes de contrôle complexes travaillant à un verre d’eau.
Les roquettes ignorent et propulsent les satellites dans l’orbite de la Terre, un ascenseur nous fournit au sol souhaité, les systèmes de contrôle sont partout. Ils ont été autour parce que pour toujours et que vous pouvez être vu dans certains de nos ancêtres des tiges »(je pense que je viens de faire appeler cette phrase) beaucoup de travail remarquable.
300 B.C. Le mathématicien grec et le créateur Ktesibios crée une horloge nautique qui utilise un système de contrôle avec de l’eau comme entrée et temps en tant que sortie. Tout entre l’eau et le temps est le système de contrôle.
Améliorer les conceptions de moulin à vent précédents, en 1809, William Cubitt a créé des voiles de moulin à vent avec des volets automatiques ajustés par le vent et un contrepoids, il s’agit d’un système de contrôle. Le vent est l’entrée d’entrée et de rotation constante est la sortie.
Source: Windmill Shipley
Observer un système existant et le point à l’entrée et à la sortie indiquant “l’eau dans, Time Out, tout ce qui est entre eux est un système de contrôle” ne discutent pas de la manière dont un système de contrôle fonctionne ou est développé, mais nous y arrivons. Ces inventions nécessitent des mathématiques assez complexes et nous en arriverons dans un bref article ultérieur, mais pour l’instant, nous posions une base de compréhension. Nous avons examiné quelques exemples de systèmes de contrôle dans la nature et quelques systèmes de contrôle artificiels. J’ai partagé mon ignorance des systèmes de contrôle, puis j’ai essayé de me racheter en vous disant que je peux remplir un verre d’eau.
Nous aurons également un coup d’œil à certains diagrammes de blocs et je devrais vous avertir que, à un moment donné, nous rencontrerons des mathématiques que vous ne voudrez plus jamais voir. Heureusement, la première chose que nous allons faire lorsque nous voyons ces terribles mathématiques, c’est concevoir un plan pour obtenir l’enfer outta là-bas. Une fois que nous sommes écartés en toute sécurité, nous nous occuperons de certaines opérations plus simples, c’est-à-dire que nous ferons un peu d’algèbre au lieu de calculer et d’équations différentielles. Maintenant, viens avec moi, ami, pour après la pause, le vrai plaisir commence.
Le diagramme
Pour nos besoins, j’ai établi une version ultérieure d’une seule entrée, de systèmes de contrôle unique (SISO) (SISO). Le diagramme de bloc est le système de contrôle. Nous pouvons le manipuler avec l’algèbre et introduire de nouveaux composants au besoin pour obtenir la sortie souhaitée. Nous remplacerons cependant rapidement ces étiquettes génériques avec des étiquettes mieux décrivant les éléments du système. Nous allons également casser le bloc “système de contrôle” dans plusieurs blocs qui composent le système. Vous pouvez penser à ce diagramme comme une description de haut niveau que vous donneriez à un enfant, rappelez-vous »de l’eau dans, du temps écoulé, tout entre eux est un système de contrôle». Le prochain bit est un peu plus complet mais toujours symbolique en ce sens que nous ne regardons pas encore les composants mathématiques de chaque bloc.
Permet de créer un exemple de système de contrôle particulier que nous utilisons un hypotveulent de la conception. Que diriez-vous d’un grand plat satellitaire? Bon, c’est fait. Nous avons donc un grand plat satellite tourné par un moteur engrenage. La position souhaitée du plat est entrée avec un potentiomètre que le contrôleur utilise pour identifier la magnitude et la direction du mouvement requis pour obtenir la sortie souhaitée. Le moteur lui-même est également pris en compte, la charge que nous déplaçons (grand plat satellite) et l’engrenage nécessaire pour le faire. La production de ce système doit être renvoyée à l’entrée par quelque chose appelé (l’attendre), des commentaires. Le chemin de retour comprend un deuxième potentiomètre qui est ajusté à la rotation de la vaisselle et passe dans une jonction en sommation avec l’entrée.
Nous pouvons maintenant dessiner un nouveau diagramme de blocs pour représenter la description beaucoup plus complète de ce que nous avons rencontrée dans ce système.
Nous avons discuté des blocs de fonction et du flux de base du système, regardons les signaux, qui sont en bleu dans le diagramme ci-dessus. L’entrée angulaire initiale est un angle que le potentiomètre (transducteur d’entrée) se convertit en une tension. Lors de la jonction de la tommeuse, il y a deux signaux entrant et une sortie, les deux arrivant sont la tension proportionnelle à l’entrée et à la tension proportionnelle à la sortie. Si vous remarquez les marques de polarité sur les signaux d’entrée, nous avons l’entrée moins la sortie qui entraîne le signal d’erreur. La sortie angulaire est en fait un angle correspondant à la direction indiquant que le plat pointe. Lors de l’achat d’une utilisation de l’angle de notre système de contrôle, le potentiomètre du meilleur (transducteur de sortie) convertit cet angle en une tension envoyée à la jonction de la somme. Cette jonction est responsable de la comparaison du contrôle de l’utilisateur et de veiller à ce que la position réelle correspond à la position.
Modification du système
Si nous savons que le comportement du système consiste à conduire le signal d’erreur à zéro, nous avons deux façons de mesurer la sortie du système. La réaction transitoire et l’erreur d’état stable peuvent être mesurées pour évaluer le résultat de notre système de contrôle et la modifier en conséquence.
La réaction transitoire est la réaction du signal à un changement du système, ce qui peut être vu dans la parcelle de la réaction étape vers la droite. Il existe 3 types de transitoires qui peuvent être classés par le type de ratio d’amortissement utilisé: over-amorti, sous-amorti et imbibé de manière critique. L’objectif étant une réaction aussi proche que possible de manière critique.
Nous pouvons imaginer la signification de l’erreur transitoire et de l’état stable si nous examinons la réaction de l’intrigue comme une représentation d’un ascenseur allant du sous-sol au premier étage. L’oscillation sous-tirée va certainement être un problème et peut éventuellement causer des estomacs mal à l’aise le long de la voie que l’ascenseur de vitesse dépasse le sol et s’étendent à plusieurs reprises dans la direction opposée. L’ascenseur sur-amorti nous mènera à une manière très lisse, finalement. La réaction d’amortissement critique est représentée en rouge et définie comme le signal de réglage le plus rapide sans oscillation.
En ce qui concerne le bras robotique que je me suis écrasé et me demanda pourquoi cela était possible, nous pouvons voir une réponse à cette question dans la parcelle de la réaction étape. Il est possible que je contrôlais un système sous-amorti et que le bras s’est écrasé dans le dépassement du premier demi-cycle d’oscillation, comme le montre la ligne bleue dans la parcelle.
Simulation d’antenne interactive (contrôle de gain)
Dans cet exemple, aucune erreur d’état stable n’est introduite. Erreur d’état stable dans le scénario d’ascenseur entraînerait l’ouverture des portes d’ascenseur quelque part entre les étages 1 et 2. Si c’était le cas, nous traiterions de l’erreur d’état stable en modifiant notre contrôleur afin que les portes s’ouvrent à l’étage 1.
En cliquant sur la capture d’écran de simulation d’antenne à gauche vous amener au simulateur interactif dans un nouvel onglet (nécessite Flash). Vous pouvez jouer avec la valeur de l’acquisition pour voir comment cela modifie la réponse de sortie. Astuce: Vous devez appuyer sur le bouton Rewind pour lancer une nouvelle simulation.
Fonction de transfert
Une fonction de transfert est similaire dans l’acquisition d’un système et est définie comme le rapport de sortie à l’entrée. Nous utilisons la fonction de transfert à terme au lieu d’acquérir en référence à un système de contrôle, car il implique l’utilisation du domaine S (je me rends compte que je n’ai pas introduit ce que l’enfer est “s-domaine”, mais permet de négliger cela pour le moment Il sera expliqué dans un article séparé) pour obtenir une réaction souhaitée à partir d’un système.
Le diagramme de bloc que nous avons dessiné comprend beaucoup d’informations sur le système de contrôle, la principale chose qu’il manque est les mathématiques nécessaires pour modéliser le système. La fonction de transfert est l’endroit où le calcul peut être trouvé et dans notre système est la combinaison du contrôleur (mathématiques) et de la plante (plus de mathématiques).
Contrôleur et plante
Le contrôleur comprend les modèles mathématiques d’amplificateurs pour les signaux et la puissance de conduire le grand moteur. La plante comprend des modèles mathématiques qui représentent les spécifications de notre moteur qui seraient facilement disponibles dans un vrai WOSituation RLD et incluent des éléments tels que le régime du moteur à une certaine tension et la résistance du moteur. Nous aurions également besoin d’informations sur le rapport engrenage entre le moteur et le satellite (il s’agit d’un amplificateur mécanique). Le moteur aura une charge mécanique pendant le fonctionnement et nous pouvons prédire ce que cela va être avec une équation de charge mécanique équivalente qui utilise: l’amortissement visqueux équivalent de la charge et l’inertie de charge équivalente. En accord avec notre thème moins mathématique de cette introduction, nous ignorerons ce que cela implique mathématiquement pour l’instant.
Dernières pensées
L’intention de ce court article est de perdre de la lumière sur les systèmes de contrôle et une idée de base de la façon dont ils fonctionnent. Je pense que les systèmes de contrôle sont intéressants et excitants en ce que nous pouvons calculer certaines des variables à utiliser dans des systèmes complexes plutôt que de supporter des suppositions sauvages à des inconnues non triviales (qui étaient ma confiture).
En tant que pirates pirates et ingénieurs apprenant sur une courbe, tout comme le reste de la population et que tout le monde, nous parviendrons dans certains cas d’un plateau de notre capacité à apporter les améliorations sur nos propres conceptions. Je pense qu’une compréhension de base des systèmes de contrôle pourrait vous aider beaucoup d’autres à traverser cette crise. Je tenterai de vous faire la même faveur que mon ami a fait pour moi d’ouvrir mes yeux sur ce qu’est un système de contrôle, comment évaluer ce qui se passe dans un système, et nous aurons tous un peu mieux pour développer nos propres systèmes le chemin.
Que attendre la prochaine fois
Dans la prochaine édition de Beyond Control, nous examinerons quelques exemples de systèmes électriques dans le domaine temporel. Nous parlerons de leurs fonctions de transfert dans le domaine S, pourquoi nous avons besoin du domaine S et de ce qu’il faut pour passer du domaine temporel au domaine S (et à l’arrière). C’est deux phrases de moi disant mathématiques, sans dire mathématiques. À la prochaine!