Configurația cu buclă deschisă nu monitorizează și nu măsoară starea semnalului de ieșire, deoarece nu există feedback.

În tutorialul despre Sisteme Electronice, am văzut că un sistem poate fi definit ca o colecție de subsisteme care direcționează sau controlează un semnal de intrare pentru a produce condiția de ieșire dorită.

Funcția oricărui sistem electronic este să regleze automat ieșirea și să o păstreze în interiorul valorii de intrare dorite a sistemului. Dacă intrarea sistemelor se modifică din orice motiv, ieșirea sistemului trebuie să răspundă în mod corespunzător și să se schimbe pentru a reflecta noua valoare de intrare.

De asemenea, dacă se întâmplă ceva care perturbă ieșirea sistemelor fără nicio modificare a valorii de intrare, ieșirea trebuie să răspundă revenind la valoarea setată anterior. În trecut, sistemele de comandă electrică erau practic manuale sau ceea ce se numește un sistem Open-loop cu foarte puține funcții automate de control sau de feedback încorporate pentru a regla variabila procesului astfel încât să mențină nivelul sau valoarea de ieșire dorită.

De exemplu, un uscător electrice de haine. În funcție de cantitatea de îmbrăcăminte sau cât de umede sunt, un utilizator sau un operator ar stabili un timer (controler) , să zicem la 30 de minute, și la sfârșitul celor 30 de minute, uscătorul se oprește automat chiar dacă hainele erau încă umede.

În acest caz, acțiunea de control este operatorul manual care evaluează umezeala hainei și setarea procesului (uscătorul) în consecință.

Astfel, în acest exemplu, uscătorul de haine ar fi un sistem cu buclă deschisă, deoarece nu monitorizează sau măsoară starea semnalului de ieșire, adică uscarea hainelor. Atunci, precizia procesului de uscare sau succesul uscării hainei va depinde de experiența utilizatorului (operatorului).

Totuși, utilizatorul poate regla sau ajusta fin procesul de uscare a sistemului în orice moment prin creșterea sau scăderea timpului de uscare al controlorului de temporizare, în cazul în care consideră că procesul inițial de uscare nu va fi îndeplinit. De exemplu, creșterea controlerului de temporizare la 40 de minute pentru extinderea procesului de uscare. Luați în considerare următoarea diagramă bloc cu buclă-deschisă.

Sistem de uscare cu buclă deschisă

Deci, un sistem Open-loop, denumit și sistem non-feedback, este un tip de sistem de control continuu în care ieșirea nu are nici o influență sau efect asupra acțiunii de control a semnalului de intrare. Cu alte cuvinte, într-un sistem de control cu ​​buclă deschisă, ieșirea nu este nici măsurată, nici trimisă înapoi pentru comparație cu intrarea. Prin urmare, este de așteptat ca un sistem cu buclă deschisă să urmeze fidel comanda de intrare sau punctul de referință, indiferent de rezultatul final.

De asemenea, un sistem cu buclă deschisă nu are cunoștință de starea de ieșire, astfel încât nu poate auto-corecta erorile pe care le-ar putea face atunci când valoarea presetată alunecă, chiar dacă aceasta are ca rezultat deviații mari de la valoarea presetată.

Un alt dezavantaj al sistemelor cu buclă deschisă este faptul că ele sunt prost echipate pentru a face față tulburărilor sau modificărilor în condițiile care ar putea reduce capacitatea sa de a-și îndeplini sarcina dorită. De exemplu, ușa uscătorului se deschide și se pierde căldura. Controlerul de temporizare continuă indiferent pentru 30 de minute, dar hainele nu sunt încălzite sau uscate la sfârșitul procesului de uscare. Acest lucru se datorează faptului că nu există informații trimise înapoi pentru a menține o temperatură constantă.

Atunci, putem observa că erorile sistemului cu buclă deschisă pot perturba procesul de uscare și, prin urmare, necesită atenție suplimentară de supraveghere a unui utilizator (operator). Problema cu această abordare de control anticipativ este că utilizatorul ar trebui să privească frecvent temperatura procesului și să ia orice acțiune de control corectă ori de câte ori procesul de uscare a deviat de la valoarea dorită de uscare a hainei. Acest tip de control manual cu buclă deschisă, care reacționează înainte de apariția unei erori, se numește Feed forward Control.

Obiectivul lui feed forward control, cunoscut și sub denumirea de control predictiv, constă în măsurarea sau prezicerea oricăror perturbări potențiale ale buclei deschise și compensarea lor manuală înainte ca variabila controlată să devieze prea departe de punctul de referință inițial. Prin urmare, pentru exemplul nostru simplu de mai sus, dacă ușa uscătorului a fost deschisă, aceasta ar fi detectată și închisă, permițând continuarea procesului de uscare.

Dacă se aplică corect, abaterea de la haine umede la haine uscate la sfârșitul celor 30 de minute ar fi minimă dacă utilizatorul a răspuns foarte repede la situația de eroare (ușa deschisă). Cu toate acestea, această abordare feed foward poate să nu fie complet precisă dacă sistemul se schimbă, de exemplu scăderea temperaturii de uscare nu a fost observată în timpul procesului de 30 de minute.

Atunci putem defini principalele caracteristici ale unui sistem "Open-loop" ca fiind:

• Nu există o comparație între valorile reale și cele dorite.

• Un sistem cu buclă deschisă nu are nicio acțiune de autoreglare sau control asupra valorii de ieșire.

• Fiecare setare de intrare determină o poziție de lucru fixă ​​pentru controler.

• Modificările sau perturbațiile în condițiile externe nu au ca rezultat o modificare a ieșirii directe (cu excepția cazului în care setarea controlerului este modificată manual).

Orice sistem cu buclă deschisă poate fi reprezentat ca mai multe blocuri în cascadă în serie sau o singură diagramă bloc cu o intrare și ieșire. Diagrama bloc a unui sistem cu buclă deschisă arată că traseul semnalului de la intrare la ieșire reprezintă o cale liniară fără buclă de reacție, iar pentru orice tip de sistem de control, intrarea este dată cu denumirea θi și cu ieșirea θo.

În general, nu trebuie să manivrăm diagrama bloc cu buclă deschisă pentru a calcula funcția de transfer reală. Putem scrie doar relațiile sau ecuațiile adecvate din fiecare diagramă bloc și apoi să calculăm funcția finală de transfer din aceste ecuații, după cum se arată.

Sistemul cu buclă deschisă

Funcția de transfer a fiecărui bloc este prin urmare:

Funcția de transfer globală este dată de:

Deci, câștigul în buclă deschisă este dat ca:

Atunci când G reprezintă funcția de transfer a sistemului sau a subsistemului și poate fi rescrisă ca: G (s) = θo(s)/θi(s).

Sistemele de control cu ​​buclă deschisă sunt adesea folosite cu procese care necesită secvențierea evenimentelor cu ajutorul semnalelor "ON-OFF". De exemplu, o masina de spalat care necesită conectarea apei la "ON" și când e plină este comutată "OFF" urmat de elementul de încalzire care este comutat "ON" pentru încălzirea apei și apoi la o temperatură adecvată este comutat "OFF" și așa mai departe.

Acest tip de control "ON-OFF" este adecvat pentru sistemele în care schimbările de sarcină apar lent și procesul acționează foarte lent, necesitând modificări rare ale acțiunii de control de către un operator.

Rezumat Sisteme de control cu ​​buclă deschisă

Am văzut că un controler poate manevra intrările sale pentru a obține efectul dorit asupra ieșirii unui sistem. Un tip de sistem de control în care ieșirea nu are nicio influență sau efect asupra acțiunii de control a semnalului de intrare se numește sistem Open-loop.

Un "sistem cu buclă deschisă" este definit de faptul că semnalul (sau condiția de ieșire) nu este nici măsurat, nici "trimis înapoi" pentru comparație cu semnalul de intrare sau cu valoarea setată a sistemului. Prin urmare, sistemele cu buclă deschisă sunt denumite în mod obișnuit "sisteme fără feedback".

De asemenea, deoarece un sistem cu buclă deschisă nu utilizează feedback pentru a determina dacă s-a obținut rezultatul dorit, acesta "presupune" că obiectivul dorit al intrării a avut succes, deoarece nu poate corecta erorile pe care le-ar putea face și astfel nu poate compensa perturbații externe ale sistemului.

Controlul motorului cu buclă deschisă

De exemplu, presupuneți controlerul motorului DC, ca mai jos. Viteza de rotație a motorului va depinde de tensiunea furnizată la amplificator (controlerul) de către potențiometru. Valoarea tensiunii de intrare ar putea fi proporțională cu poziția potențiometrului.

Dacă potențiometrul este mutat în partea de sus a rezistenței, tensiunea maximă pozitivă va fi furnizată amplificatorului care reprezintă viteza maximă. De asemenea, dacă cursorul potențiometrului este deplasat la partea inferioară a rezistenței, va fi furnizată o tensiune zero, reprezentând o viteză foarte redusă sau oprire.

Poziția cursorului de potențiometru reprezintă intrarea θi care este amplificată de către amplificator (controler) pentru a acționa motorul DC (proces) la o viteză setată N reprezentând ieșirea θo a sistemului. Motorul va continua să se rotească la o viteză fixă ​​determinată de poziția cursorului potențiometrului.

Deoarece calea de semnal de la intrare la ieșire este o cale directă care nu face parte din nici o buclă, câștigul total al sistemului va avea valorile în cascadă ale câștigurilor individuale de la potențiometru, amplificator, motor și sarcină. Este clar că este de dorit ca viteza de ieșire a motorului să fie identică cu poziția potențiometrului, dând câștigul global al sistemului ca unitate.

Dar, câștigurile individuale ale potențiometrului, amplificatorului și motorului pot varia în timp cu modificări ale tensiunii de alimentare sau ale temperaturii sau că sarcina motorului poate crește, reprezentând perturbații externe sistemului de comandă a motorului cu buclă deschisă.

Însă utilizatorul va cunoaște în cele din urmă schimbarea performanțelor sistemelor (modificarea vitezei motorului) și poate corecta acest lucru prin mărirea sau micșorarea semnalului de intrare a potențiometrului, în consecință, pentru a menține viteza inițială sau dorită.

Avantajul acestui tip de "control al motorului cu buclă deschisă" este faptul că este potențial ieftin și simplu de implementat, făcându-l ideal pentru utilizare în sisteme bine definite dacă relația dintre intrare și ieșire este directă și nu este influențată de nici o perturbare exterioară. Din nefericire, acest tip de sistem cu buclă deschisă este inadecvat deoarece variațiile sau perturbațiile sistemului afectează viteza motorului. Atunci, este necesară o altă formă de control.

În următorul tutorial despre sistemele electronice, vom analiza efectul trimiterii înapoi a unei părți din semnalul de ieșire către intrare, astfel încât controlul sistemelor să se bazeze pe diferența dintre valorile reale și cele dorite. Acest tip de sistem de control electronic se numește Control cu ​​buclă închisă.