Açık Çevrim Sistemi

Açık çevrim sistemi, geri besleme olmadığı için çıkış sinyalinin durumunu izlemez veya ölçmez

Elektronik Sistemlerle ilgili önceki öğreticide, bir sistemin istenen çıkış koşulunu üretmek için bir giriş sinyalini yönlendiren veya kontrol eden alt sistemler topluluğu olarak tanımlanabileceğini gördük.

Herhangi bir elektronik sistemin işlevi, çıkışı otomatik olarak düzenlemek ve sistemin istenen giriş değeri veya “ayar noktası” içinde tutmaktır. Sistem girişi herhangi bir nedenle değişirse, sistemin çıkışı buna göre yanıt vermeli ve yeni giriş değerini yansıtacak şekilde kendini değiştirmelidir.

Benzer şekilde, giriş değerinde herhangi bir değişiklik olmaksızın sistem çıkışını bozan bir şey olursa, çıkış önceki ayar değerine geri dönerek yanıt vermelidir. Geçmişte, elektrik kontrol sistemleri temel olarak manueldi veya istenen çıktı seviyesini veya değerini korumak için süreç değişkenini düzenlemek için yerleşik çok az otomatik kontrol veya geri bildirim özelliğine sahip Açık Çevrim Sistemi olarak adlandırılan sistemdi.

Örneğin, bir elektrikli çamaşır kurutma makinesi. Giysi miktarına veya ne kadar ıslak olduklarına bağlı olarak, bir kullanıcı veya operatör 30 dakika çalıştırmak için bir zamanlayıcı (kontrolör) ayarlar ve 30 dakikanın sonunda çamaşırlar ıslak veya nemli olsa bile kurutucu otomatik olarak durur ve kapanırdı.

Bu durumda, kontrol eylemi, giysilerin ıslaklığını değerlendiren ve işlemi (kurutucuyu) buna göre ayarlayan manuel operatördür.

Dolayısıyla bu örnekte, çamaşır kurutma makinesi, çamaşırların kuruluğu olan çıkış sinyalinin durumunu izlemediği veya ölçmediği için açık döngülü bir sistem olacaktır. Ardından, kurutma işleminin doğruluğu veya çamaşırların kurutulmasının başarısı, kullanıcının (operatörün) deneyimine bağlı olacaktır.

Ancak kullanıcı, orijinal kurutma işleminin karşılanmayacağını düşünürse, zamanlama kontrolörlerinin kuruma süresini artırarak veya azaltarak sistemin kurutma işlemini istediği zaman ayarlayabilir veya ince ayar yapabilir. Örneğin, kurutma işlemini uzatmak için zamanlama kontrolörünü 40 dakikaya çıkarabilir.

açık çevrim sistemi
Açık Çevrim Kurutma Sistemi

Geri beslemesiz sistem olarak da adlandırılan bir Açık döngü sistemi, çıktının giriş sinyalinin kontrol eylemi üzerinde hiçbir etkisi olmadığı bir tür sürekli kontrol sistemidir. Başka bir deyişle, bir açık çevrim kontrol sisteminde çıktı ne ölçülür ne de girdi ile karşılaştırma için “geri beslenir”. Bu nedenle, bir açık döngü sisteminin nihai sonuçtan bağımsız olarak giriş komutunu veya ayar noktasını sadık bir şekilde izlemesi beklenir.

Ayrıca, bir açık döngü sisteminin çıkış durumu hakkında bilgisi yoktur, bu nedenle önceden ayarlanmış değerden büyük sapmalarla sonuçlansa bile, önceden ayarlanmış değer kaydığında yapabileceği herhangi bir hatayı kendi kendine düzeltemez.

Açık döngü sistemlerinin bir başka dezavantajı, istenen görevi tamamlama kabiliyetini azaltabilecek koşullardaki bozulmalar veya değişikliklerle başa çıkmak için yetersiz donanıma sahip olmalarıdır. Örneğin, kurutucu kapağı açılır ve ısı kaybedilir. Zamanlama denetleyicisi, tam 30 dakika boyunca devam eder, ancak kurutma işleminin sonunda çamaşırlar ısıtılmaz veya kurutulmaz. Bunun nedeni, sabit bir sıcaklığı korumak için geri beslenen hiçbir bilginin olmamasıdır.

açık çevrim sistemi

Ardından, açık döngü sistem hatalarının kurutma işlemini bozabileceğini ve bu nedenle bir kullanıcının (operatörün) ekstra denetimsel dikkat gerektirdiğini görebiliriz. Bu ileriye dönük kontrol yaklaşımındaki sorun, kullanıcının işlem sıcaklığına sık sık bakması ve kurutma işlemi istenen giysi kurutma değerinden saptığında herhangi bir düzeltici kontrol eylemi yapması gerekmesidir. Bir hata oluşmadan önce tepki veren bu tür manuel açık döngü kontrolüne İleri Besleme Kontrolü denir.

Öngörülü kontrol olarak da bilinen ileri beslemeli kontrolün amacı, herhangi bir potansiyel açık döngü bozulmalarını ölçmek veya tahmin etmek ve kontrollü değişken orijinal ayar noktasından çok fazla sapmadan önce bunları manuel olarak telafi etmektir. Yukarıdaki basit örneğimiz için, kurutucunun kapısı açık olsaydı, algılanır ve kapanır ve kurutma işleminin devam etmesine izin verilirdi.

açık çevrim sistemi

Doğru uygulanırsa, kullanıcı hata durumuna (kapak açık) çok hızlı yanıt verirse, 30 dakika sonunda ıslak giysilerden kuru giysilere sapma minimum olacaktır. Bununla birlikte, sistem değişirse, örneğin kurutma sıcaklığındaki düşüş 30 dakikalık işlem sırasında fark edilmediyse, bu ileri besleme yaklaşımı tamamen doğru olmayabilir.

O zaman bir “Açık Döngü Sisteminin” temel özelliklerini şu şekilde tanımlayabiliriz:

  • Gerçek ve istenen değerler arasında bir karşılaştırma yoktur.
  • Açık döngülü bir sistem, çıkış değeri üzerinde kendi kendini düzenleme veya kontrol eylemine sahip değildir.
  • Her giriş ayarı, kontrolör için sabit bir çalışma konumu belirler.
  • Dış koşullardaki değişiklikler veya bozulmalar, doğrudan bir çıkış değişikliğine neden olmaz (kontrolör ayarı manuel olarak değiştirilmediği sürece).

Herhangi bir açık döngü sistemi, seri halinde birden fazla basamaklı blok veya bir giriş ve çıkış içeren tek bir blok diyagram olarak temsil edilebilir. Bir açık döngü sisteminin blok şeması, girişten çıkışa giden sinyal yolunun geri besleme döngüsü olmayan doğrusal bir yolu temsil ettiğini ve herhangi bir kontrol sistemi tipi için girişe θi ve çıkışı θo olarak verildiğini gösterir .

Genel olarak, gerçek transfer fonksiyonunu hesaplamak için açık döngü blok diyagramını manipüle etmek zorunda değiliz. Her blok diyagramdan uygun ilişkileri veya denklemleri yazabilir ve ardından gösterildiği gibi bu denklemlerden son transfer fonksiyonunu hesaplayabiliriz.

Açık Çevrim Sistemi

açık çevrim sistemi

Bu nedenle her bloğun Transfer Fonksiyonu:

açık çevrim sistemi

Genel transfer fonksiyonu şu şekilde verilir:

açık çevrim sistemi

Daha sonra Açık Döngü Kazancı basitçe şu şekilde verilir:

açık çevrim sistemi

G , sistemin veya alt sistemin Transfer Fonksiyonunu temsil ettiğinde, şu şekilde yeniden yazılabilir: G(s) = θo(s)/θi(s)

Açık çevrim kontrol sistemleri genellikle olayların “AÇMA-KAPAMA” sinyalleri yardımıyla sıralanmasını gerektiren işlemlerde kullanılır. Örneğin, suyun önce “AÇIK” konuma getirilmesini ve ardından dolduğunda “KAPALI” konuma getirilmesini ve ardından suyu ısıtmak için ısıtıcı elemanın “AÇIK” duruma getirilmesini ve ardından uygun bir sıcaklıkta “KAPALI” konuma getirilmesini gerektiren bir çamaşır makinesi, ve benzeri.

Bu tip “AÇMA-KAPAMA” açık çevrim kontrolü, yükteki değişikliklerin yavaş meydana geldiği ve işlemin çok yavaş hareket ettiği, bir operatör tarafından kontrol eyleminde nadiren değişiklik yapılmasını gerektiren sistemler için uygundur.

Özetle

Bir denetleyicinin, bir sistemin çıktısı üzerinde istenen etkiyi elde etmek için girdilerini değiştirebildiğini gördük. Çıkışın, giriş sinyalinin kontrol eylemi üzerinde hiçbir etkisi olmadığı bir tür kontrol sistemi, Açık döngü sistemi olarak adlandırılır.

Bir “açık döngü sistemi”, giriş sinyali veya sistem ayar noktası ile karşılaştırma için çıkış sinyalinin veya koşulunun ne ölçüldüğü ne de “geri beslendiği” gerçeğiyle tanımlanır. Bu nedenle açık döngü sistemlerine genel olarak “Geri bildirimsiz sistemler” denir.

Ayrıca, bir açık döngü sistemi, gerekli çıktının elde edilip edilmediğini belirlemek için geri bildirimi kullanmadığından, girdinin istenen amacının başarılı olduğunu “varsayar” çünkü yapabileceği hiçbir hatayı düzeltemez ve bu nedenle herhangi bir hatayı telafi edemez.

Açık Çevrim Motor Kontrolü

Örneğin, DC motor kontrolörünü gösterildiği gibi varsayalım. Motorun dönüş hızı, potansiyometre tarafından amplifikatöre (kontrolör) sağlanan voltaja bağlı olacaktır. Giriş voltajının değeri potansiyometrenin konumuyla orantılı olabilir.

açık çevrim sistemi

Potansiyometre direncin en üstüne taşınırsa, tam hızı temsil eden amplifikatöre maksimum pozitif voltaj sağlanacaktır. Aynı şekilde, potansiyometre sileceği direncin altına hareket ettirilirse, çok yavaş bir hızı veya durmayı temsil eden sıfır voltaj sağlanacaktır.

Daha sonra, potansiyometre kaydırıcısının konumu , sistemin çıkışını, θo temsil eden bir N ayar hızında DC motoru (işlem) sürmek için amplifikatör (kontrolör) tarafından yükseltilen girişi, θi temsil eder . Motor, potansiyometrenin konumuna göre belirlenen sabit bir hızda dönmeye devam edecektir.

Girişten çıkışa giden sinyal yolu, herhangi bir döngünün parçasını oluşturmayan doğrudan bir yol olduğundan, sistemin genel kazancı, potansiyometre, amplifikatör, motor ve yükten elde edilen bireysel kazançların basamaklı değerleri olacaktır. Motorun çıkış hızının potansiyometrenin konumuyla aynı olması, sistemin genel kazancını bir bütün olarak vermesi açıkça arzu edilir.

Bununla birlikte, potansiyometrenin, amplifikatörün ve motorun bireysel kazançları, besleme voltajındaki veya sıcaklıktaki değişikliklerle zaman içinde değişebilir veya motor yükü, açık çevrim motor kontrol sisteminde harici bozulmaları temsil edecek şekilde artabilir.

Ancak kullanıcı sonunda sistem performansındaki değişikliğin (motor hızındaki değişiklik) farkına varacak ve orijinal veya istenen hızı korumak için potansiyometre giriş sinyalini buna göre artırarak veya azaltarak düzeltebilir.

Bu tür “açık çevrim motor kontrolünün” avantajları, potansiyel olarak ucuz ve uygulanmasının basit olması ve giriş ve çıkış arasındaki ilişkinin doğrudan olması ve herhangi bir dış rahatsızlıktan etkilenmemesi durumunda iyi tanımlanmış sistemlerde kullanım için ideal olmasıdır. Ne yazık ki bu tip bir açık çevrim sistem yetersizdir, çünkü sistemdeki değişiklikler veya bozulmalar motorun hızını etkiler. O zaman başka bir kontrol şekli gereklidir.

Elektronik Sistemler hakkındaki bir sonraki öğreticide , sistem kontrolünün gerçek ve istenen değerler arasındaki farkı temel alması için çıkış sinyalinin bir kısmının girişe geri beslenmesinin etkisine bakacağız.