Açık Çevrim Sistemi

Açık çevrim sistemi; çıkış sinyalinin durumunu sürekli izlemeyen, ölçmeyen ve dolayısıyla girişi düzenlemek adına herhangi bir **geri bildirim** (feedback) döngüsü barındırmayan doğrusal kontrol mekanizmalarıdır.

Kontrol mühendisliği ve elektronik sistemler kapsamında bir **sistem**; hedeflenen bir çıkış yanıtını üretebilmek amacıyla giriş sinyallerini yönlendiren, işleyen veya kontrol eden elektriksel alt bileşenlerin bir araya gelmesiyle oluşur.

İdeal bir otomatik kontrol sisteminin birincil fonksiyonu; sistem çıkışını harici bozucu etkenlerden koruyarak hedeflenen referans değer (ayar noktası – setpoint) sınırları içinde sabit tutmaktır. Giriş sinyalinde bir değişim meydana geldiğinde çıkış da bu yeni değeri yansıtacak şekilde kararlı olarak değişmelidir. Benzer şekilde, giriş sabitken sistem çıkışını saptıran harici bir gürültü veya yük değişimi olduğunda da sistem kendi kendini düzelterek eski dengesine dönebilmelidir.

Geçmişte elektrik kontrol sistemleri temel olarak manuel çalışmaktaydı. Otomatik düzeltme yeteneği bulunmayan ve hedeflenen çıkış seviyesini korumak amacıyla yerleşik bir geri bildirim döngüsüne sahip olmayan bu kontrol yapılarına **Açık Çevrim Sistemi** adı verilmiştir.

Örneğin, klasik bir elektrikli çamaşır kurutma makinesini ele alalım. Giysi miktarına veya çamaşırların ne kadar ıslak olduğuna bağlı olarak operatör (kullanıcı), kurutucunun zamanlayıcı kontrolörünü 30 dakikaya ayarlar. Süre tamamlandığında, çamaşırlar hala nemli veya ıslak olsa dahi kurutma işlemi otomatik olarak sonlandırılır.

Bu örnekte, çamaşırların gerçek nem oranını değerlendiren ve süreci sonlandırma kararını veren tek unsur insan faktörüdür (manuel operatör). Kurutucu makinesinin kendisi, çıkış sinyali konumundaki “çamaşırların kuruluk durumunu” sürekli izleyen veya ölçen bir nem sensörüne sahip olmadığı için tam bir açık çevrim sistem örneğidir. Sistemin başarısı tamamen operatörün kişisel deneyimine bağlı kalacaktır.

Operatör hedeflenen kuruluk seviyesine ulaşılamayacağını tahmin ettiğinde, zamanlayıcı kontrolörün süresini manuel olarak 40 veya 50 dakikaya çıkararak sürece müdahale edebilir. Ancak sistemin bu sapmayı kendi kendine düzeltmesi mümkün değildir.

Geri bildirimsiz kontrol sistemleri olarak da adlandırılan açık çevrim yapılarında, çıkış sinyalinin giriş üzerindeki kontrol eylemi sıfırdır. Çıkış değişkeni ne ölçülür ne de giriş referansıyla karşılaştırılmak üzere geri beslenir. Bu nedenle açık çevrim bir sistem, nihai sonuçtaki sapmalardan tamamen bağımsız olarak, sadece kendisine uygulanan giriş komutunu veya zamanlama sinyalini sadık bir şekilde takip eder.

Açık çevrim bir sistem, çıkış durumunu bilmediği için, sıcaklık değişimleri veya şebeke voltajı dalgalanmaları nedeniyle hedeflenen değerden çok büyük sapmalar oluşsa dahi kendi kendini düzeltemez. Örneğin, kurutucunun kapağı açıldığında içerideki ısı kaybolur. Zamanlayıcı kontrolör yine tam 30 dakika boyunca çalışmaya devam eder; ancak süreç sonunda çamaşırlar ıslak kalır. Çünkü sıcaklığı dengeleyecek geri beslemeli bir kontrol çevrimi mevcut değildir.

Bu doğrusal yapıda bozucu etkilerin önüne geçebilmek amacıyla, operatörün sistemi sürekli izlemesi ve bir sapma algılandığında manuel olarak düzeltici müdahalede bulunması gerekir. Hata oluştuktan sonra değil, oluşmadan önce tahmin edilerek yapılan bu manuel açık çevrim kontrol yaklaşımına **İleri Besleme Kontrolü** (Feedforward Control) denir.

İleri beslemeli kontrolün ana amacı, potansiyel açık çevrim bozucu etkilerini önceden tahmin edip ölçmek ve kontrollü değişken hedeften sapmadan önce sistemi manuel olarak dengelemektir. Örneğin, kurutucu kapağının açık olduğu algılandığında kapak manuel olarak kapatılarak kurutma sürecinin kesintiye uğraması engellenir.

Operatör hata durumuna çok hızlı yanıt verirse sapma minimum düzeyde kalacaktır. Ancak kurutma rezistansındaki yaşlanmaya bağlı sıcaklık düşüşü gibi operatör tarafından anlık olarak fark edilemeyen içsel bozulmalarda ileri besleme yaklaşımı tamamen etkisiz kalacaktır.

Bir **Açık Çevrim Kontrol Sisteminin** temel özellikleri şunlardır:

• Gerçek çıkış değeri ile hedeflenen referans değer arasında otomatik bir karşılaştırma yapılmaz.
• Sistemin çıkış değeri üzerinde kendi kendine çalışan otomatik bir düzenleme veya hata sıfırlama eylemi yoktur.
• Her giriş ayarı, denetleyici için sabit bir çalışma noktasını (duty cycle vb.) belirler.
• Çalışma koşullarındaki ve dış çevredeki bozucu etkenler, doğrudan çıkış sinyaline yansır (operatör tarafından manuel düzeltme yapılmadığı sürece).

Açık çevrim kontrol sistemleri, giriş sinyalinden çıkış sinyaline giden doğrusal ve kesintisiz bir sinyal yoluyla temsil edilir. Giriş değişkeni ve çıkış değişkeni olarak adlandırıldığında, sistem ardışık bağlı birden fazla transfer bloğundan oluşabilir.

Açık Çevrim Sistemi Blok Şeması ve Transfer Fonksiyonu

Blok diyagramda yer alan her bir bağımsız alt bloğun **Transfer Fonksiyonu** (), o bloğun çıkışının girişine oranı olarak tanımlanır:

Bu durumda, sistemin toplam kapalı/açık transfer fonksiyonu, bağımsız blokların transfer fonksiyonlarının çarpılmasıyla elde edilir:

Buna göre sistemin toplam **Açık Çevrim Kazancı** () şu şekilde hesaplanır:

Açık çevrim kontrol sistemleri; özellikle zamanlama tabanlı çalışan, ardışık AÇMA-KAPAMA (ON-OFF) komutları gerektiren uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Örneğin, önce su giriş valfini AÇIK konuma getiren, süre sonunda valfi KAPALI konuma alan ve ardından rezistansı çalıştırarak suyu belirli bir süre ısıtan otomatik çamaşır makineleri bu doğrusal sıralı mantıkla çalışır.

Açık Çevrim DC Motor Hız Kontrolü

Açık çevrim motor kontrolörleri, düşük maliyetli ve karmaşık olmayan basit hız kontrol donanımlarında tercih edilir. Motorun dönme hızı (), sadece potansiyometre üzerinden sürücü amplifikatöre sağlanan DC gerilime bağlıdır.

Potansiyometre en üst konuma getirildiğinde, tam hızı temsil eden maksimum voltaj amplifikatöre uygulanır; potansiyometre konumu düşürüldükçe motor hızı da doğrusal olarak azalır. Sinyal yolu doğrusal olduğundan, sistemin toplam kazancı potansiyometre, amplifikatör ve motorun kendi kazançlarının çarpımına eşittir.

Motor yükünün artması gibi harici bozucu etkenler oluştuğunda motorun hızı düşecektir. Ancak açık çevrim sistemde bu düşüşü algılayacak bir sensör döngüsü bulunmadığından, motor düşük hızda dönmeye devam eder. Operatör motor hızındaki düşüşü gözle fark edip potansiyometreyi manuel olarak yükseltmediği sürece hata düzeltilemez.

Özet ve Değerlendirme

Açık çevrim kontrol sistemleri; geri besleme yolları içermeyen, uygulanması basit, ucuz ve kararlı sistemlerdir. Yük değişimlerinin yavaş gerçekleştiği ve çok yüksek çalışma hassasiyeti gerektirmeyen uygulamalar için idealdir. Ancak bozucu çevresel etkenlere karşı tamamen korumasızdırlar. Bu nedenle, yüksek doğruluk ve hassasiyet gerektiren modern endüstriyel elektronik donanımlarda, çıkış sinyalini sürekli izleyen ve otomatik hata sıfırlaması yapan kapalı çevrim kontrol sistemleri standart olarak kullanılmaktadır.

IEEE’ni kontrol sistemleri topluluk sayfasına buradan ulaşabilirsiniz.