เป็นสิ่งที่คุณคิดว่าเป็น: ระบบที่พัฒนาขึ้นเพื่อควบคุมบางสิ่งบางอย่าง อาจเป็นวิธีที่ดีกว่าที่จะทำให้มันเป็นระบบออกแบบควบคุมพฤติกรรมของบางสิ่งบางอย่าง คำว่า “ระบบควบคุม” ทำงานที่โดดเด่นของการมีความคลุมเครือและพวกเราหลายคน (แต่เดิม) ไม่คิดมากเกี่ยวกับเรื่องนี้จนกระทั่งถึงความสนใจของเราหรือเราชนเกราะหุ่นยนต์เข้าด้วยกันและตรวจสอบว่าเหตุการณ์ที่น่ากลัวได้รับอนุญาตอย่างไร เกิดขึ้น โดยทั่วไปแล้วในระหว่างการสอบสวนนี้กล่องโต้ตอบภายในของเรามีการวนซ้ำที่ดำเนินไปสิ่งต่าง ๆ เช่น: “ทำไมนรกระบบจะอนุญาตให้ฉันจัดการกับวิธีการทำลายตนเอง!”

สิ่งที่ฉันพบคือความไม่รู้ของตัวเองฉันไม่ได้ใช้ระบบควบคุมที่เหมาะสม หนึ่งสามารถสร้างกรณีที่อ้างว่าฉันไม่ได้ใช้ระบบควบคุมใด ๆ ในบัญชีใด ๆ ฉันกระโดดลึกเกินไปเร็วเกินไป (ฟังดูคุ้นเคย?) และจ่ายราคาของการกระแทกแขนหมุนเข้าไปในส่วนอื่นของระบบ โชคดีที่เพื่อนก้าวเข้ามาและซ่อมแซมแขนให้ฉันและชี้ไปที่ป้ายกำกับนีออนขนาดใหญ่บนผนังและพูดว่า “คุณไม่สามารถเพิกเฉยต่อสิ่งนี้” เขาเดินไปที่การดึงโซ่ที่ห้อยลงไปใต้เครื่องหมายแรงดันไฟฟ้าสูงที่มีพลังก๊าซในท่อทำให้ฉันไม่สามารถใช้ได้กับคำที่ชัดเจน: ระบบควบคุม

หลักฐานของระบบควบคุม

ที่มา: Globe Rove
มีหลักฐานของระบบควบคุมรอบตัวเราทั้งหมดเราใช้พวกเขาทั้งวันโดยไม่ต้องให้ความคิดใด ๆ ฉันตื่นขึ้นมากลางดึกด้วยความงุนงงฉันสุ่มห้องโถงเหมือนซอมบี้สำหรับน้ำสักแก้วและฉันไม่เคยพลาดข้อตกลงกับตู้ที่มีแขนยื่นออกมา ฉันเปิดประตูไปที่ตู้ในระยะทางที่เหมาะสมโดยไม่มีปัญหาใด ๆ และจับแก้วด้วยมืออื่น ๆ ของฉัน ฉันทำสิ่งเหล่านี้โดยไม่มุ่งเน้นไปที่พวกเขา แต่อย่างไรก็ตามนี่คือระบบควบคุม ฉันไม่บีบแก้วจนกระทั่งมันแตกในมือของฉันเพราะฉันได้รับจากตู้ ฉันยังมีความสามารถในการเปิดน้ำจากก๊อกน้ำเติมแก้วหมุนน้ำออกและสิ่งเดียวที่เปียกคือด้านในของแก้วไม่ใช่มือของฉันหรือแม้แต่อ่างล้างจานใต้ก๊อกน้ำ นี่เป็นตัวอย่างของระบบควบคุมที่ซับซ้อนมากมายที่ทำงานกับแก้วน้ำ

จรวดจุดชนวนและขับเคลื่อนดาวเทียมเข้าไปในวงโคจรของโลกลิฟต์มอบให้เราเป็นพื้นที่ต้องการระบบควบคุมได้ทุกที่ พวกเขาอยู่ใกล้ ๆ เพราะตลอดไปและสามารถเห็นได้ในบางส่วนของป้อมปราการของเรา ‘(ฉันคิดว่าฉันแค่ประกาศวลีนั้น) งานที่น่าจดจำมากมาย

300 วศ.บ. นักคณิตศาสตร์ชาวกรีกและผู้สร้าง Ktesibios สร้างนาฬิกาน้ำที่ใช้ระบบควบคุมด้วยน้ำเป็นอินพุตและเวลาเป็นเอาต์พุต ทุกอย่างในระหว่างน้ำและเวลาคือระบบควบคุม

การปรับปรุงการออกแบบกังหันลมก่อนหน้านี้ในปี 1809 William Cubitt สร้าง Windmill Sails ด้วยบานประตูหน้าต่างอัตโนมัติที่ปรับความเร็วลมและน้ำหนักถ่วงนี่คือระบบควบคุม ลมเป็นอินพุตและพลังงานหมุนคงที่เป็นเอาต์พุต

ที่มา: Shipley Windmill
เพื่อสังเกตระบบที่มีอยู่และชี้ไปที่อินพุตและเอาต์พุตที่ระบุว่า “น้ำในหมดเวลาทุกอย่างในระหว่างนั้นคือระบบควบคุม” ไม่ได้พูดถึงวิธีการทำงานของระบบควบคุมหรือได้รับการพัฒนา แต่เรากำลังไปที่นั่น สิ่งประดิษฐ์เหล่านี้ต้องการคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนพอสมควรและเราจะไปที่บทความสั้น ๆ ที่ตามมา แต่ตอนนี้เรากำลังวางฐานของความเข้าใจ เราได้ดูตัวอย่างของระบบควบคุมในธรรมชาติและระบบควบคุมที่มนุษย์สร้างขึ้นเล็กน้อย ฉันแบ่งปันความไม่รู้ของระบบควบคุมแล้วพยายามไถ่ตัวเองด้วยการบอกคุณว่าฉันสามารถเติมน้ำได้หนึ่งแก้ว

นอกจากนี้เรายังจะได้ดูไดอะแกรมบล็อกบางอย่างและฉันควรระมัดระวังคุณว่าในบางจุดเราจะพบกับคณิตศาสตร์บางอย่างที่คุณไม่ต้องการเห็นอีกครั้ง โชคดีที่สิ่งแรกที่เราจะทำเมื่อเราเห็นว่าคณิตศาสตร์ที่แย่มากเหล่านี้เป็นแผนการที่จะได้รับนรกที่นั่น เมื่อเราออกจากอันตรายอย่างปลอดภัยวิธีที่เราจะดูแลการดำเนินงานที่ง่ายกว่านี้ฉันเราจะทำพีชคณิตเล็กน้อยแทนแคลคูลัสและสมการเชิงอนุพันธ์ ตอนนี้มากับฉันเพื่อนเพราะหลังจากการทำลายความสนุกที่แท้จริงเริ่มต้นขึ้น

แผนภาพบล็อก

เพื่อวัตถุประสงค์ของเราฉันได้วาดระบบอินพุตที่มีการป้อนข้อมูลเดียว (SISO) รุ่นเดียวที่มีขนาดใหญ่เกินไป แผนภาพบล็อกเป็นระบบควบคุม เราสามารถจัดการกับพีชคณิตและแนะนำส่วนประกอบใหม่ตามที่จำเป็นในการรับเอาต์พุตที่ต้องการ อย่างไรก็ตามเราจะแทนที่ฉลากทั่วไปเหล่านี้อย่างรวดเร็วด้วยป้ายกำกับที่อธิบายองค์ประกอบของระบบได้ดีขึ้น นอกจากนี้เรายังจะทำลายบล็อก “ระบบควบคุม” เป็นหลายบล็อกที่ประกอบขึ้นเป็นระบบ คุณสามารถนึกถึงแผนภาพนี้ได้ตามคำอธิบายระดับสูงที่คุณจะมอบให้กับเด็กจำ “น้ำในหมดเวลาทุกอย่างในระหว่างพวกเขาคือระบบควบคุม” บิตถัดไปนั้นครอบคลุมมากขึ้นเล็กน้อย แต่ยังคงเป็นสัญลักษณ์ในการที่เราไม่ได้ดูองค์ประกอบทางคณิตศาสตร์ของแต่ละบล็อกค่อนข้าง

ให้สร้างตัวอย่างของระบบควบคุมเฉพาะที่เราตีโฆษณาต้องการออกแบบด้วยตนเอง จานดาวเทียมขนาดใหญ่ล่ะ? ดีมันทำเสร็จแล้ว ดังนั้นเราจึงมีจานดาวเทียมขนาดใหญ่ที่หมุนด้วยมอเตอร์เกียร์ ตำแหน่งที่ต้องการของจานคืออินพุตที่มีโพเทนชิโอมิเตอร์ที่คอนโทรลเลอร์ใช้เพื่อระบุขนาดและทิศทางของการเคลื่อนไหวที่ต้องการเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ นอกจากนี้ยังคำนึงถึงเป็นมอเตอร์เองโหลดที่เรากำลังเคลื่อนย้าย (จานดาวเทียมขนาดใหญ่) และจำเป็นต้องใช้เกียร์เพื่อทำเช่นนั้น เอาต์พุตของระบบนี้ควรได้รับการป้อนกลับไปที่อินพุตโดยสิ่งที่เรียกว่า (รอมัน) ข้อเสนอแนะ เส้นทางการตอบรับประกอบด้วยโพเทนชิโอมิเตอร์ที่สองที่ปรับเป็นจานหมุนและเข้าไปในทางแยกรวมกับอินพุต

ตอนนี้เราสามารถวาดแผนภาพบล็อกใหม่เพื่อแสดงคำอธิบายที่ครอบคลุมมากขึ้นของสิ่งที่เราได้ดำเนินต่อไปในระบบนี้

เราได้พูดถึงฟังก์ชั่นบล็อกและการไหลพื้นฐานของระบบมาดูสัญญาณซึ่งเป็นสีน้ำเงินในแผนภาพด้านบน อินพุตเชิงมุมเริ่มต้นเป็นมุมที่โพเทนชิโอมิเตอร์ (ตัวแปลงสัญญาณอินพุต) แปลงเป็นแรงดันไฟฟ้า ที่ชุมทางสรุปมีสองสัญญาณที่เข้ามาและการออกไปข้างนอกทั้งสองเข้ามาเป็นแรงดันไฟฟ้าสัดส่วนกับอินพุตและแรงดันไฟฟ้าตามสัดส่วน หากคุณสังเกตเห็นเครื่องหมายขั้วในสัญญาณอินพุตเรามีอินพุตลบเอาต์พุตที่ส่งผลให้เกิดสัญญาณข้อผิดพลาด เอาต์พุตเชิงมุมอยู่ในความเป็นจริงมุมที่สอดคล้องกับทิศทางที่จานกำลังชี้ ในการซื้อเพื่อใช้มุมในระบบควบคุมของเราโพเทนชิโอมิเตอร์ที่ดีที่สุด (เอาต์พุตทรานสดิวเซอร์) แปลงมุมนั้นเป็นแรงดันไฟฟ้าที่ส่งไปยังทางแยกการรวม ทางแยกนั้นมีหน้าที่รับผิดชอบในการเปรียบเทียบการควบคุมผู้ใช้และทำให้การกระทำนั้นใช้งานได้จนกว่าตำแหน่งจริงจะตรงกับ

การปรับเปลี่ยนระบบ

หากเรารู้ว่าพฤติกรรมของระบบคือการขับสัญญาณข้อผิดพลาดไปที่ศูนย์แล้วเรามีสองวิธีในการวัดผลลัพธ์ของระบบ ปฏิกิริยาชั่วคราวและข้อผิดพลาดของรัฐที่มั่นคงสามารถวัดได้ในการประเมินผลของระบบควบคุมของเราและปรับเปลี่ยนตามนั้น

ปฏิกิริยาชั่วคราวเป็นปฏิกิริยาของสัญญาณต่อการเปลี่ยนแปลงของระบบซึ่งสามารถมองเห็นได้ในพล็อตตอบโต้ขั้นตอนทางด้านขวา มี 4 ประเภทของผู้ป่วยที่สามารถจำแนกตามประเภทของอัตราส่วนการทำให้หมาด ๆ ที่ใช้: ชื้นมากเกินไปภายใต้การชื้นและทรุดโทรม เป้าหมายที่จะเกิดปฏิกิริยาใกล้เคียงกับการทรุดโทรมอย่างยิ่ง

เราสามารถจินตนาการถึงความสำคัญของทั้งข้อผิดพลาดชั่วคราวและสถานะที่มั่นคงหากเราดูปฏิกิริยาพล็อตเป็นตัวแทนของลิฟต์ที่ไปจากชั้นใต้ดินไปยังชั้นแรก การแกว่งที่เปียกชื้นนั้นจะเป็นปัญหาอย่างแน่นอนและอาจทำให้ท้องไม่สบาย ๆ ไปพร้อมกับลิฟท์ที่เร่งความเร็วในการเร่งพื้นและเกินขนาดในทิศทางตรงกันข้ามซ้ำ ๆ ลิฟต์ที่เปียกชื้นจะทำให้เรามีแฟชั่นที่ราบรื่นมากในที่สุด ปฏิกิริยาที่ชุ่มชื่นจะแสดงเป็นสีแดงและกำหนดให้เป็นสัญญาณการตกตะกอนที่เร็วที่สุดโดยไม่มีการแกว่ง

ในส่วนที่เกี่ยวกับแขนหุ่นยนต์ที่ฉันชนและสงสัยว่าทำไมสิ่งนี้เป็นไปได้เราสามารถเห็นคำตอบหนึ่งสำหรับคำถามนั้นในแผนปฏิกิริยาขั้นตอน เป็นไปได้ว่าฉันกำลังควบคุมระบบที่มีการชื้นภายใต้และแขนจะชนกันในวงจรครึ่งแรกของการแกว่งของการแกว่งเท่าที่เห็นโดยเส้นสีน้ำเงินในพล็อต

การจำลองเสาอากาศแบบโต้ตอบ (ควบคุมได้)
ในตัวอย่างนี้ไม่มีข้อผิดพลาดสถานะที่มั่นคงใด ๆ ที่นำมาใช้ ข้อผิดพลาดของรัฐที่มีเสถียรภาพในสถานการณ์ลิฟต์จะส่งผลให้ประตูลิฟต์เปิดอยู่ที่ไหนสักแห่งระหว่างชั้นที่ 1 และ 2 นี่เป็นกรณีที่เราจะจัดการกับข้อผิดพลาดของรัฐที่มั่นคงโดยการเปลี่ยนคอนโทรลเลอร์ของเราเพื่อให้ประตูเปิดที่ชั้น 1

การคลิกที่ภาพหน้าจอของเสาอากาศจำลองทางด้านซ้ายจะนำคุณไปยังโปรแกรมจำลองแบบโต้ตอบในแท็บใหม่ (ต้องใช้แฟลช) คุณสามารถเล่นกับคุณค่าของการได้รับเพื่อดูว่ามันเปลี่ยนการตอบสนองออกอย่างไร คำแนะนำ: คุณต้องกดปุ่มย้อนกลับเพื่อเริ่มการจำลองใหม่

ฟังก์ชั่นถ่ายโอน

ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนมีความคล้ายคลึงกันในแนวคิดต่อการได้มาของระบบและถูกกำหนดเป็นอัตราส่วนของเอาต์พุตไปยังอินพุต เราใช้ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนคำแทนการอ้างอิงถึงระบบควบคุมเนื่องจากมันแสดงถึงการใช้ S-Domain (ฉันรู้ว่าฉันไม่ได้แนะนำสิ่งที่นรก “S-Domain” คืออะไร แต่ให้ละเลยสิ่งนี้ในตอนนี้ มันจะถูกอธิบายในบทความแยกต่างหาก) เพื่อให้ได้ปฏิกิริยาที่ต้องการจากระบบ

แผนภาพบล็อกที่เราได้วาดมันมีข้อมูลมากมายเกี่ยวกับระบบควบคุมสิ่งที่สำคัญที่ขาดคือคณิตศาสตร์ที่จำเป็นในการสร้างแบบจำลองระบบ ฟังก์ชั่นการถ่ายโอนคือที่สามารถพบคณิตศาสตร์และในระบบของเราคือการรวมกันของคอนโทรลเลอร์ (คณิตศาสตร์) และโรงงาน (คณิตศาสตร์มากขึ้น)

ควบคุมและโรงงาน

คอนโทรลเลอร์รวมถึงแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของแอมพลิฟายเออร์สำหรับสัญญาณและพลังในการขับมอเตอร์ขนาดใหญ่ พืชรวมถึงแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่แสดงถึงสเป็คของมอเตอร์ของเราซึ่งจะมีให้ใน WO จริงสถานการณ์ rld และรวมถึงสิ่งต่าง ๆ เช่นมอเตอร์รอบต่อนาทีที่แรงดันไฟฟ้าบางอย่างและความต้านทานของมอเตอร์ เราต้องการข้อมูลเกี่ยวกับอัตราทดเกียร์ระหว่างมอเตอร์และดาวเทียม (นี่คือเครื่องขยายเสียงกล) มอเตอร์จะมีการโหลดเชิงกลระหว่างการใช้งานและเราสามารถทำนายสิ่งที่จะเกิดขึ้นกับสมการโหลดเชิงกลที่เทียบเท่าซึ่งใช้: การทำให้หมาด ๆ มีความหนืดที่เทียบเท่ากับการโหลดและความเฉื่อยโหลดที่เท่าเทียมกัน ในการรักษาด้วยธีมคณิตศาสตร์ของเราบทนำนี้เราจะข้ามสิ่งที่แสดงถึงคณิตศาสตร์ในตอนนี้

ความคิดสุดท้าย

ความตั้งใจของบทความสั้น ๆ นี้คือการปลดปล่อยแสงบางอย่างในสิ่งที่ระบบควบคุมเป็นและแนวคิดพื้นฐานของการทำงานอย่างไร ฉันคิดว่าระบบการควบคุมนั้นน่าสนใจและน่าตื่นเต้นในการคำนวณตัวแปรบางอย่างที่ใช้ในระบบที่ซับซ้อนแทนที่จะคาดเดาป่าที่ไม่รู้จักที่ไม่ใช่เรื่องเล็กน้อย (ซึ่งเคยเป็นแยมของฉัน)

เราในขณะที่แฮกเกอร์และวิศวกรเรียนรู้บนเส้นโค้งเช่นเดียวกับประชากรที่เหลือและเหมือนกับทุกคนที่เราอยู่ในบางกรณีไปถึงที่ราบสูงในความสามารถของเราในการปรับปรุงการออกแบบของเราเอง ฉันคิดว่าความเข้าใจพื้นฐานของระบบควบคุมสามารถช่วยให้พวกเราจำนวนมากได้รับการตกต่ำนี้ ฉันจะพยายามที่จะทำแบบเดียวกันกับเพื่อนของฉันทำเพื่อฉันในการเปิดตาของฉันกับสิ่งที่ระบบควบคุมคือวิธีการประเมินสิ่งที่เกิดขึ้นในระบบและเราทุกคนจะได้ดีขึ้นเล็กน้อยในการพัฒนาระบบของเราเอง วิธี.

สิ่งที่คาดหวังในครั้งต่อไป

ในรุ่นต่อไปของการควบคุมเกินเราจะดูตัวอย่างของระบบไฟฟ้าในโดเมนเวลา เราจะพูดถึงฟังก์ชั่นการถ่ายโอนของพวกเขาใน S-Domain ทำไมเราต้องใช้ S-Domain และสิ่งที่จะไปจากโดเมน Time ไปยัง S-Domain (และ Back) นั่นคือสองประโยคของฉันพูดว่าคณิตศาสตร์โดยไม่พูดคณิตศาสตร์ เจอกันคราวหน้า!