Systèmes à boucle ouverte

Le système en boucle ouverte

Dans le dernier tutoriel sur Electronic Systems , nous avons vu que le système peut être une collection de sous-systèmes qui dirigent ou contrôlent un signal d'entrée. La fonction de tout système électronique est de réguler automatiquement la sortie et le garder dans les systèmes souhaités valeur d'entrée ou "point de consigne". Si l'entrée des systèmes change pour une raison quelconque, la sortie du système doit réagir en conséquence et se changer pour refléter la nouvelle valeur d'entrée.

De même, si quelque chose arrive à perturber la sortie des systèmes sans aucune modification de la valeur d'entrée, la sortie doit répondre en revenant à sa précédente valeur de consigne. Dans le passé, les systèmes de contrôle électriques étaient essentiellement manuel ou ce qu'on appelle un système à boucle ouverte avec très peu de fonctions de contrôle ou de rétroaction automatiques intégrées pour réguler la variable de procédé de manière à maintenir le niveau de sortie ou la valeur.
Par exemple, un sèche-linge électrique. En fonction de la quantité de vêtements ou comment ils sont mouillés, un utilisateur ou l'exploitant seraient régler une minuterie (contrôleur) à dire 30 minutes et à la fin des 30 minutes, le plus sèches se arrête automatiquement et turn-off, même si les vêtements sont encore mouillé ou humide.
Dans ce cas, l'action de contrôle est l'opérateur manuel évaluer l'humidité des vêtements et en réglant le processus (le séchoir) en conséquence.
Donc, dans cet exemple, le sèche-linge serait un système en boucle ouverte tel qu'il ne surveille ou mesurer l'état du signal de sortie, qui est la siccité du linge. Ensuite, la précision du processus de séchage, ou le succès de séchage des vêtements dépendent de l'expérience de l'utilisateur (opérateur).
Toutefois, l'utilisateur peut ajuster ou affiner le processus de séchage du système à tout moment en augmentant ou en diminuant le temps de synchronisation des contrôleurs de séchage, se ils pensent que le processus de séchage d'origine ne sera pas atteint. Par exemple, en augmentant le contrôleur de synchronisation de 40 minutes pour étendre le processus de séchage. Considérons le diagramme suivant de bloc en boucle ouverte.

Système de séchage en boucle ouverte

 

Ensuite, un système en boucle ouverte , également dénommé système non-retour, est un type de système de contrôle continu dans laquelle la sortie n'a pas d'influence ou un effet sur ​​l'action de commande du signal d'entrée. En d'autres termes, dans un système de commande en boucle ouverte, la sortie est ni mesuré ni "réinjecté" pour la comparaison avec l'entrée. Par conséquent, on se attend d'un système en boucle ouverte de suivre fidèlement son commandement d'entrée ou point de consigne quel que soit le résultat final.
En outre, un système en boucle ouverte n'a pas connaissance de l'état de sortie ne peut donc pas se auto-corriger toutes les erreurs qu'il pourrait faire quand les dérives de valeur prédéfinie, même si cela se traduit par des écarts importants de la valeur prédéfinie.
Un autre inconvénient des systèmes à boucle ouverte, ce est qu'ils sont mal équipés pour traiter les perturbations ou les changements dans les conditions qui peuvent réduire sa capacité à remplir la tâche souhaitée. Par exemple, la porte du sèche-linge se ouvre et la chaleur est perdue. Le contrôleur de synchronisation quelle que soit continue pour la totalité des 30 minutes, mais les vêtements ne sont pas chauffé ou séché à la fin du processus de séchage. Ce est parce qu'il n'y a pas d'information réinjecté pour maintenir une température constante.

 

Ensuite, nous pouvons voir que les erreurs de système à boucle ouverte peuvent perturber le processus de séchage et nécessite donc une attention supplémentaire de surveillance d'un utilisateur (opérateur). Le problème avec cette approche de contrôle anticipation est que l'utilisateur aurait besoin de regarder à la température de processus fréquemment et prendre des mesures de contrôle correctives chaque fois que le processus de séchage dévié de sa valeur souhaitée de séchage des vêtements. Ce type de contrôle manuel en boucle ouverte qui réagit avant qu'une erreur se produit réellement est appelé commande directe
L'objectif de commande directe, également connu sous le contrôle prédictif, est de mesurer ou de prévoir d'éventuelles perturbations en boucle ouverte potentiels et les compenser manuellement avant la variable contrôlée écarte trop loin du point de consigne d'origine. Ainsi pour notre exemple simple ci-dessus, si la porte du sèche-linge est ouverte, il serait détecté et fermée permettant le processus de séchage de continuer.

 

Si elle est appliquée correctement, la déviation de vêtements mouillés pour sécher les vêtements à la fin des 30 minutes seraient minimes si l'utilisateur a répondu à la situation d'erreur (porte ouverte) très rapidement. Cependant, cette approche avant d'alimentation peut ne pas être tout à fait exact si le système change, par exemple la baisse de la température de séchage n'a pas été remarqué au cours du processus de 30 minutes.
Ensuite, nous pouvons définir les principales caractéristiques d'un «système en boucle ouverte» comme étant:

• Il n'y a aucune comparaison entre les valeurs réelles et souhaitées.
• Un système à boucle ouverte a pas d'auto-régulation ou de l'action de contrôle sur la valeur de sortie.
• Chaque paramètre d'entrée détermine une position de travail fixe pour le contrôleur.
• Les changements ou les perturbations dans les conditions externes ne entraîne pas un changement de sortie directe.
      (sauf si le réglage du contrôleur est modifié manuellement)

Tout système en boucle ouverte peut être représenté comme plusieurs blocs en cascade en série ou un seul schéma de principe d'une entrée et de sortie. Le schéma de principe d'un système en boucle ouverte qui montre le trajet du signal entre l'entrée et la sortie représente un chemin linéaire sans boucle de rétroaction et pour tout type de système de contrôle de l'entrée est donnée à la désignation θi et la sortie θo .
Généralement, nous ne avons pas à manipuler le schéma de boucle ouverte pour calculer sa fonction de transfert réelle. Nous pouvons simplement écrire les relations appropriées ou des équations de chaque diagramme, puis calculer la fonction de transfert définitif de ces équations comme indiqué.

Système à boucle ouverte

 

La fonction de transfert de chaque bloc est:

 

La fonction de transfert globale est:

 

Ensuite, le gain en boucle ouverte est donnée simplement par:

 

Lorsque G représente la fonction de transfert du système ou sous-système, il peut être réécrite sous la forme: G (s) = θo (s) / θi (s)
Systèmes de contrôle en boucle ouverte sont souvent utilisés avec des processus qui nécessitent le séquençage des événements à l'aide de signaux "on-off". Par exemple, un lave-linge qui exige l'eau à commuter "ON" et puis quand complète est activé "OFF" suivie par l'élément de chauffage étant commuté "ON" pour chauffer l'eau et ensuite à une température convenable est commuté "OFF", et ainsi de suite.
Ce type de "ON-OFF" commande en boucle ouverte est approprié pour les systèmes où les changements dans la charge se produisent lentement et le processus est très lent par intérim, qui entraînent des changements peu fréquents à l'action de contrôle par un opérateur.

En boucle ouverte des systèmes de contrôle Résumé

Nous avons vu que un dispositif de commande peut manipuler ses entrées pour obtenir l'effet désiré sur la sortie d'un système. Un type de système de commande dans laquelle la sortie n'a pas d'influence ou un effet sur ​​l'action de commande du signal d'entrée est appelé un système en boucle ouverte .
Un «système en boucle ouverte» est définie par le fait que le signal de sortie ou état ne est ni mesuré ni "renvoyés" pour la comparaison avec le point de signal d'entrée ou un ensemble de système. Par conséquent, les systèmes à boucle ouverte sont communément appelés «systèmes non-retour".
En outre, comme un système en boucle ouverte ne pas utiliser les évaluations pour déterminer si sa sortie requis a été atteint, il "assume" que l'objectif souhaité de l'entrée était un succès parce qu'il ne peut pas corriger toutes les erreurs qu'il pourrait faire, et ne peut donc pas compenser toute des perturbations extérieures au système.

En boucle ouverte de contrôle du moteur

Ainsi, par exemple, supposons que le dispositif de commande de moteur à courant continu, comme illustré. La vitesse de rotation du moteur dépend de la tension fournie à l'amplificateur (contrôleur) par le potentiomètre. La valeur de la tension d'entrée peut être proportionnelle à la position du potentiomètre.

Si le potentiomètre est déplacé vers le haut de la résistance à la tension positive maximale sera fourni à l'amplificateur soit pleine vitesse. De même, si l'essuie-glace du potentiomètre est déplacé vers le bas de la résistance, une tension nulle sera fourni représentant une vitesse très lente ou se arrêter.
Ensuite, la position du curseur potentiomètres représente l'entrée, θi qui est amplifié par l'amplificateur (contrôleur) pour entraîner le moteur à courant continu (procédé) à une vitesse de consigne N représentant la sortie, θo du système. Le moteur continue à tourner à une vitesse fixe déterminée par la position du potentiomètre.
Comme le trajet de signal allant de l'entrée à la sortie est un trajet direct qui ne font pas partie d'une boucle, le gain global du système en cascade seront les valeurs des gains individuels à partir du potentiomètre, un amplificateur, et de la charge moteur. Il est évidemment souhaitable que la vitesse de sortie du moteur doit être identique à la position du potentiomètre, ce qui donne le gain global du système dans l'unité.
Toutefois, les gains individuels du potentiomètre, l'amplificateur et le moteur peut varier dans le temps les variations de la tension d'alimentation ou la température, ou la charge des moteurs peut augmenter représentant perturbations extérieures au système de commande du moteur en boucle ouverte.
Mais l'utilisateur finira par se rendre compte de la variation de la performance des systèmes (variation de la vitesse du moteur) et peut la corriger en augmentant ou en diminuant le signal d'entrée de potentiomètres en conséquence pour maintenir la vitesse d'origine ou souhaité.
Les avantages de ce type de «contrôle du moteur en boucle ouverte", ce est qu'il est potentiellement pas cher et simple à mettre en œuvre le rendant idéal pour une utilisation dans des systèmes bien définis ont été la relation entre l'entrée et la sortie est directe et non influencé par des perturbations extérieures. Malheureusement, ce type de système en boucle ouverte est insuffisante comme des variations ou perturbations dans le système affectent la vitesse du moteur. Puis une autre forme de contrôle est nécessaire.
Dans le prochain tutoriel sur Electronics Systems , nous allons examiner l'effet de réinjecter une partie du signal de sortie à l'entrée afin que le contrôle des systèmes est basé sur la différence entre les valeurs réelles et souhaitées. Ce type de système de contrôle électronique est appelé contrôle en boucle fermée .