vezérlőrendszerek alapjai pontosan az, amit úgy gondolnak, hogy ezek: a rendszerek, amelyek valamit irányítanak. Lehetséges, hogy jobb módja annak, hogy a rendszerek tervezése irányítsa valamit. A “vezérlőrendszerek” kifejezés kiemelkedő munkát végez, hogy homályos és sokan (eredetileg) ne gondolj túl sokat, amíg nem fogunk figyelmünket, vagy összeomlik egy robotfotóvát önmagában, és megvizsgáljuk, hogy a rémisztáló esemény megengedett-e megtörtént. typically during this investigation our internal dialog has a loop running that goes something like: “why the hell will the system allow me to manipulate it in a self-destructive way!?!”
Amit találtam a saját tudatlanságom, nem hajtottam végre megfelelő ellenőrzési rendszert. Lehetséges, hogy egy esetet állíthatunk, hogy semmilyen ellenőrzési rendszert sem vettem figyelembe. Túl mélyen, túl gyorsan, túl gyorsan ugrottam (hangosnak tűnik?), És megfizette az árat a forgó kar összeomlására a rendszer másik részébe. Szerencsére egy barátja belépett, és javította a karját, és metaforikusan rámutatott egy nagy neonjelre a falra, és azt mondta: “Nem hagyhatja figyelmen kívül ezt”. Átment, hogy húzza a láncot a jel alá húzza a jelet, a nagyfeszültség energizálta a gázt a csövekben vakító csövekben, a most elkerülhetetlenül látszólagos szavakkal: vezérlőrendszerek.
Az ellenőrzési rendszerek bizonyítéka
Forrás: Globe Rove
Vannak bizonyítékok az ellenőrző rendszerek körülöttünk, egész nap használjuk őket anélkül, hogy gondoltam volna nekik. Felkelek az éjszaka közepén egy Daze, én keveredtem a folyosón, mint egy zombi egy pohár vizet, és soha nem hagyom ki az üzletet a szekrényemmel a kinyújtott karommal. Megnyitom az ajtót a szekrénybe, a megfelelő távolságot anélkül, hogy problémákat okozna, és megragad egy pohárot a másik kezemmel. Ezeket a dolgokat anélkül csinálom, hogy aktívan összpontosítsák őket, de mindazonáltal ezek az irányítási rendszerek. Nem nyomja meg az üveget, amíg meg nem zavarja a kezemben, amikor megkapom a szekrényből. Én is képesek bekapcsolni a vizet a csaptelep, töltse ki az üveg, fordítsa el a vizet, és az egyetlen dolog nedves az üveg belseje, nem pedig a kezem, vagy akár a mosogató medence a vízcsap alatt. Ez egy példa számos komplex vezérlőrendszerre, amelyek egy pohár vizet dolgoznak.
Rockets ignite and propel satellites into earth’s orbit, an elevator delivers us to the desired floor, control systems are everywhere. Ők voltak, mert örökké örökké, és láthatjuk néhány ősi őseinket (azt hiszem, csak megismertem ezt a kifejezést) sok figyelemre méltó munkát.
300 B.C. the Greek mathematician and creator Ktesibios creates a water clock that uses a control system with water as an input and time as an output. A víz és az idő között a vezérlőrendszer.
Improving on previous windmill designs, in 1809 William Cubitt created windmill sails with automatic shutters that were adjusted by wind-speed and a counterweight, this is a control system. A szél a bemeneti és az állandó forgási energia a kimenet.
Forrás: Shipley Windmill
Ahhoz, hogy egy meglévő rendszert és pontot figyeljen a bemeneti és kimeneti pontra, a “víz, az idő, az idő között, minden köztük egy vezérlőrendszer”, nem vitatja meg, hogyan működik egy vezérlő rendszer, vagy kifejlesztett, de odaérünk. These inventions require some fairly complex mathematics and we’ll get to that in a subsequent short article but for now we’re laying a base of understanding. Néhány példát vizsgáltunk a természetben és néhány ember által gyártott vezérlőrendszerre. Megosztottam az ellenőrzési rendszerek tudatlanságomat, majd megpróbáltam visszaváltani magam azzal, hogy elmondhatom, hogy tudok tölteni egy pohár vizet.
Mi is megnézzük néhány blokkdiagramot, és óvatosan kellene, hogy egy bizonyos ponton találkozunk néhány matematikával, akit soha többé nem szeretnénk látni. fortunately the first thing we’ll do when we see these terrible maths is devise a plan to get the hell outta there. once we are safely out of harms way we will take care of some simpler operations i.e. we’ll do a bit of algebra instead of calculus and differential equations. now come with me, friend, for after the break the real fun begins.
The block Diagram
For our purposes I have drawn up an oversimplified version of a single input, single output (SISO) control systems. The block diagram is the control system. We can manipulate it with algebra and introduce new components as needed to get the desired output. We will however rapidly replace these generic labels with labels that better describe the elements of the system. We will also break the “Control System” block into multiple blocks that make up the system. You can think of this diagram as the high level description you would give to a child, remember “water in, time out, everything in between them is a control system”. The next bit is a little much more comprehensive yet still symbolic in that we aren’t taking a look at the mathematical components of each block quite yet.
Lets create an example of a particular control system we hypothetically want to design. how about a large satellite dish? Good, its done. So we have a large satellite dish that is rotated by a geared motor. The desired position of the dish is input with a potentiometer which the controller uses to identify the magnitude and direction of required movement to achieve desired output. also taken into account is the motor itself, the load we are moving (large satellite dish), and the gearing required to do so. The output of this system ought to be fed back to the input by something called (wait for it), feedback. The feedback path includes a second potentiometer that is adjusted as the dish rotates and goes into a summing junction with the input.
We can now draw a new block diagram to represent the much more comprehensive description of what we have going on in this system.
We have discussed the function blocks and the basic flow of the system, let’s have a look at the signals, which are in blue in the above diagram. The initial angular input is an angle which the potentiometer (Input Transducer) converts into a voltage. At the summing junction there are two signals coming in and one going out, the two coming in are the voltage proportional to input and voltage proportional to output. If you notice the polarity markings on the input signals we have the input minus the output which results in the error signal. The angular output is in fact an angle that corresponds to the direction that the dish is pointing. In purchase to use the angle in our control system the potentiometer on the best (Output Transducer) converts that angle to a voltage that is sent to the summing junction. That junction is responsible for comparing the user control, and making sure action is taken until the actual position matches it.
Modifying The System
If we know that the behavior of the system is to drive the error signal to zero then we have two ways to measure the output of the system. Transient reaction and stable state error can both be measured to evaluate the outcome of our control system and modify it accordingly.
Transient reaction is the signal’s reaction to a change in the system, which can be seen in the step reaction plot to the right. There are 3 types of transients which can be classified by the type of damping ratio used: over-damped, under-damped, and critically damped. The goal being a reaction as close to critically damped as possible.
We can imagine the significance of both the transient and the stable state error if we look at the plot reaction as a representation of an elevator going from the basement to the first floor. The under-damped oscillation is certainly going to be a problem and possibly cause some uneasy stomachs along the way as the speeding elevator overshoots the floor and overcompensates in the opposite direction, repeatedly. The over-damped elevator will get us there in a very smooth fashion, eventually. The critically damped reaction is shown in red and defined to be the fastest settling signal without oscillation.
In regards to the robotic arm that I crashed and wondered why this was possible, we can see one answer to that question in the step reaction plot. It’s possible that I was controlling an under-damped system and the arm crashed in the overshoot of the first half cycle of oscillation as seen by the blue line in the plot.
Interactive Antenna Simulation (gain control)
In this example there is not any stable state error introduced. stable state error in the elevator scenario would result in the elevator doors opening somewhere between floors 1 and 2. had this been the case we would deal with the stable state error by changing our controller so that the doors open at floor 1.
Clicking the antenna simulation screenshot to the left will take you to the interactive simulator in a new tab (requires flash). You can play with the value of the acquire to see how it changes the output response. Hint: you have to hit the rewind button to start a new simulation.
Átviteli funkció
A transfer function is similar in concept to the acquire of a system and is defined as the ratio of output to input. We use the term transfer function instead of acquire in reference to a control system as it implies the use of the s-domain (I realize that I have not introduced what the hell an “s-domain” is but lets neglect this for now as it will be explained in a separate article) to get a desired reaction from a system.
The block diagram as we have drawn it includes a lot of information about the control system, the main thing it lacks is the maths required to model the system. The transfer function is where the math could be found and in our system is the combination of the controller (math) and the plant (more math).
Controller & Plant
The controller includes the mathematical models of amplifiers for the signals and the power to drive the large motor. The plant includes mathematical models that represent the specs of our motor which would be readily available in a real world situation and include things such as the motor’s RPM at a certain voltage, and the resistance of the motor. Szükségünk van a motor és a műhold közötti sebességre is (ez egy mechanikus erősítő). A motor működési közben mechanikus terheléssel rendelkezik, és megjósolhatjuk, hogy ez így lesz ez egy egyenértékű mechanikai terhelési egyenlet, amely a terhelés egyenértékű viszkózus csillapítását és az egyenértékű terhelésű tehetetlenséget alkalmazza. A matimatikai kevésbé téma témájával összhangban kihagyjuk azt, amit most matematikailag jelentenek.
Végső gondolatok
Ennek a rövid cikknek a szándéka, hogy megvilágítsa a fényt, hogy milyen irányítási rendszerek és alapgondolat hogyan működnek. I think control systems are interesting and exciting in that we can calculate some of the variables to use in complex systems rather than take wild guesses at non-trivial unknowns (which used to be my jam).
Mi, mint hackerek és mérnökök megtanulják a görbét, mint a többi lakosság, és éppúgy, mint mindenki más, egyes esetekben eléri a fennsíkot a saját terveink javítására. I think a basic understanding of control systems could help a lot of us get through this slump. Megpróbálom, hogy ugyanazt a szívességet fogom csinálni, hogy a barátom volt számomra a szemem megnyitásakor, hogy milyen irányítási rendszer van, hogyan kell értékelni, hogy mi történik egy rendszerben, és mindannyian jobb lesz a saját rendszereink fejlesztésében az út.
Mit kell várni legközelebb
A következő kiadásban az ellenőrzésen túlmutatunk néhány példát az elektromos rendszerekről az időtartományban. Beszélünk az átviteli funkciókról az S-domainben, miért van szükségünk az S-domainre, és mit kell végezni az időtartományból az S-domain (és hátul). Ez két mondat mondván matematikát, anélkül, hogy matematikát mondana. Találkozunk legközelebb!