Tổng quan về hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển được sử dụng đa dạng từ đời sống thực tiễn, trong sản xuất, công nghiệp,… Tuy nhiên mỗi hình thức điều khiển sẽ có những ứng dụng khác nhau. Để tìm hiểu hết về chúng hãy cùng tham khảo qua bài sau đây nhé.

Tổng quan về hệ thống điều khiển

Để hiểu về hệ thống điều kiển, ta tách chúng thành 2 ý để phân tích:

• Hệ thống (system): được định nghĩa là một tập hợp, sự sắp xếp kết nối có trật tự các phần tử vật lý theo một thể.
• Điều khiển (control): là sự điều chỉnh hướng đến, nhắm đến và thực thi tác vụ hay một lệnh.

Vậy ta có thể hiểu, hệ thống điều khiển một tập hợp sắp xếp trật tự các phần tử vật lý theo một thể, để nó có thể tự điều chỉnh, định hướng và thực thi tác vụ cho riêng bản thân nó hoặc cho các hệ thống khác.

Trong hình thức phổ biến nhất, hệ thống điều khiển phản hồi mong muốn để điều khiển một quá trình, gọi là đầu ra mong muốn. Đầu ra của nó theo sau một tín hiệu điều khiển, có thể là một giá trị cố định hay giá trị thay đổi.

Thành phần cơ bản của hệ thống điều khiển:

• Mục tiêu điều khiển (input).
• Các phần tử của hệ thống bao gồm bộ điều khiển và đối tượng điều khiển.
• Kết quả hay tín hiệu ra (output).

Các hệ thống điều khiển hiện nay

1. Điều khiển vòng hở và vòng kín

Hệ thống điều khiển vòng hở và hệ thống điều khiển vòng kín là hai lớp hệ thống điều khiển phổ biến hiện nay:

Điều khiển logic

Hệ thống điều khiển logic cho các máy móc công nghiệp và thương mại đã được thực hiện trong lịch sử tại điện áp lưới sử dụng các rơ le kết nối với nhau, được thiết kế bằng cách sử dụng ladder logic.

Ngày nay, hầu hết các hệ thống như vậy được xây dựng với các bộ điều khiển logic lập trình được (PLC) hoặc các vi điều khiển. Ký hiệu của ladder logic vẫn còn được sử dụng như một ngôn ngữ lập trình cho PLC.

Các bộ điều khiển logic có thể đáp ứng với thiết bị đóng cắt, cảm biến ánh sáng, rơle áp lực,.v.v., và có thể điều khiển và dừng các hoạt động khác nhau của máy này.. Phần mềm PLC có thể được viết bằng nhiều cách khác nhau – sơ đồ bậc thang, SFC-sơ đồ hàm tuần tự hoặc bằng ngôn ngữ được gọi là danh sách báo cáo (statement list).

Ví dụ như thang máy, máy giặt và các hệ thống gồm cá hoạt động stop-go (dừng-chạy) tương quan.

Điều khiển on–off

Một bộ điều khiển nhiệt là một bộ điều khiển phản hồi âm đơn giản: khi nhiệt độ nằm dưới điểm đặt, lò sưởi sẽ được bật nguồn.

Một ví dụ khác có thể là một rơle áp suất trên một máy nén khí, khi áp lực giảm xuống dưới ngưỡng, máy bơm sẽ được cấp nguồn. Tủ lạnh và máy bơm chân không cũng gồm các cơ chế hoạt hoạt động tương tự theo hướng ngược lại, nhưng vẫn cung cấp thông tin phản hồi âm để sửa sai số.

Trên là những ví dụ về hệ thống điều khiển phản hồi on-off đơn giản như thế có giá thành rẻ và hiệu quả cao. Trong một số trường hợp, ví dụ như máy nén khí đơn giản, có thể đại diện cho một sự lựa chọn thiết kế tốt.

Điều khiển tuyến tính

Hệ thống điều khiển tuyến tính sử dụng phản hồi âm tuyến tính để tạo ra một tín hiệu điều khiển toán học dựa trên các biến khác, với quan điểm để duy trì quá trình điều khiển trong một phạm vi hoạt động chấp nhận được.

Đầu ra từ một hệ thống điều khiển tuyến tính vào quá trình điều khiển có thể dưới hình thức một tín hiệu biến đổi trực tiếp, chẳng hạn như một van có thể là mở 0% hoặc 100% hoặc bất cứ vị trí ở giữa nào.

Đôi khi điều này là không khả thi và vì vậy sau khi tính toán tín hiệu yêu cầu khắc phục hiện tại, một hệ thống điều khiển tuyến tính có thể liên tục đóng mở lặp đi lặp lại một cơ cấu chấp hành

Ví dụ: cấp điện cho một máy bơm, động cơ hay lò nung, hoàn toàn và sau đó tắt điện hoàn toàn một lần nữa, việc điều chỉnh chu kỳ làm việc bằng cách sử dụng điều chế độ rộng xung.

Logic mờ

Logic mờ là một nỗ lực để áp dụng thiết kế dễ dàng của các bộ điều khiển logic để điều khiển các hệ thống liên tục thay đổi phức tạp. Về cơ bản, một phép đo trong một hệ thống logic mờ có thể là chân lý từng phần, đó là nếu “có” là 1 và “không có” là 0, một phép đo mờ có thể nằm giữa 0 và 1.

Các quy tắc của hệ thống được viết bằng ngôn ngữ tự nhiên và được dịch ra logic mờ. Ví dụ: thiết kế một lò nhiệt sẽ bắt đầu với: “nếu nhiệt độ quá cao, làm giảm nhiên liệu cho lò. Nếu nhiệt độ quá thấp, tăng nhiên liệu cho lò.”

Điện tử mờ là một công nghệ điện tử mà sử dụng logic mờ thay vì hai giá trị logic thường được sử dụng phổ biến hơn trong các điện tử kỹ thuật số.

>>> Xem thêm: Hệ thống khí nén là gì? Ứng dụng trong công nghiệp