制御ループ：開いているか閉じているか
フィードバック制御ループは、制御工学の分野で最も革新的で信頼性の高いツールである可能性があります。 制御ループは全体として効率的です システムの問題や問題を特定し、プロセスの設定値に到達し、システムの安定性を維持するためのツール。制御ループシステムには、主に3つのタイプがあります。閉ループ、開ループ、および開ループと閉ループの組み合わせです。閉ループはフィードバックに大きく依存しますが、開ループはそうではありません。 Combinedは、フィードバックとフィードフォワードの両方を使用してプロセスを安定させます。
次の図は、フィードバック制御ループ全体を示しています。
これを分割すると、次のようになります。
- 制御する必要のあるプロセス
- 物理的パラメータを測定するセンサー プロセスの
- 電子信号を介して感覚情報を変換する送信機
- 信号と設定値を比較するコントローラー
- コントローラーから送信された信号に応答して修正作業を実行するアクチュエーター
閉ループ制御システムでは、設定値が達成されるまでシーケンスが繰り返されます。一般的な例としては、炉の温度や車のクルーズコントロール用のサーモスタットがあります。ただし、これは、すべての自動操作が正しく機能するためにフィードバックが必要であることを意味するものではありません。シーケンスが1回だけ必要であると想定する開ループ構成では、フィードバックによる定期的な確認を必要とせずに、複数の操作を実行できます。
クローズドループコントロールの種類
連続閉ループ制御
すべての閉ループプロセスが似ているわけではありません。連続制御プロセスの場合、フィードバックループは、ユーザーが設定した制御変数の値（セットポイントとも呼ばれます）を維持します。コントローラは、設定値から最新の感覚測定値を単純に減算します。結果の大きさは、アクチュエーターを介してコントローラーによって適用される修正作業を決定します。
たとえば、クルーズコントロールがアクティブになっている車は、速度計をセンサーとして使用して速度を測定します。速度が設定値よりも遅い場合、コントローラーはより多くの燃料を供給することによって車を加速します。車の走行速度が速すぎると、それに比例して燃料入力が減少します。この測定-決定-作動のプロセスは、車の速度が設定値に達するまで続きます。
ディスクリートクローズドループコントロール
連続閉ループ制御では、対象の変数が常に測定されますが、離散制御システムでは、トリガーイベントが測定-決定-作動シーケンスになります。たとえば、人間は目を使って、運転前に外の周囲光の状態や、ヘッドライトをオンにするかどうかを判断します。重い雲量のインスタンスや次の旅行の開始などのトリガーイベントまで、それ以上の調整は必要ありません。
個別のフィードバックループは、継続的な監視や急激なオーバーシュートなどの問題を伴わないため、継続的なフィードバックループよりもはるかに単純です。クルーズコントロールを使用した段階的な結果と比較して、ヘッドライトをオンにすると瞬時の結果が得られます。
開ループ制御
前に述べたように、開ループコントローラーは、設定値が一度に達成されることを想定し、トリガーが発生したときに単一の制御作業を適用します。これらのコントローラーには、結果を測定するオプションが与えられる場合もあります。たとえば、モーターは始動または停止しましたか？これらの測定は主に安全上の考慮事項であり、シーケンスの一部ではありません。
場合によっては、センサーの障害やオペレーターによる手動の乗っ取りにより、閉ループコントローラーが開ループコントローラーのように動作することがあります。フィードバックコントローラーがその安定性を維持できない場合、オペレーターは介入する必要があります。たとえば、強力な圧力コントローラは、ライン圧力の低下を適切に補償できず、頻繁なオーバーシュートや振動が発生する可能性があります。このような場合、オペレーターはシステムを安定させるために手動で制御する必要があります。
安定した制御を構成するのが難しすぎて、経験豊富なオペレーターが非常に頻繁に引き継ぐ必要があるプロセスもいくつかあります。オペレーターは、経験を生かしてプロセス入力を操作し、コントローラーよりもはるかに迅速に目的の設定値を維持できます。ただし、これは制御ループを使用する場合の理想的な状況ではありません。では、開ループ制御と閉ループ制御の両方を組み合わせるとどうなるでしょうか？
オープンループコントロールとクローズドループコントロールの組み合わせ
開ループ制御には不正確さの欠点があります。フィードバック部分を削除すると、必要な制御作業を行う制御作業の保証も削除されるためです。開ループ制御と閉ループ制御 速度と精度が並行して必要な場合は、組み合わせてフィードフォワード戦略を形成できます。
フィードフォワードコントローラーは、プロセスの数学的モデルに基づいて構築されているため、すべての制御作業は、手動モードで操作する経験豊富なエンジニアと同様になります。これは、最初の開ループの取り組みの結果を測定し、さらに修正を適用してエラーを排除し、設定値に到達します。このタイプのコントローラーは、適切なセンサーを使用して多数の基準を測定できる場合に便利です。その将来の影響を予測できる場合、コントローラーはプリエンプティブな手順を実行して、エラーが最小限の時間内に確実に除去されるようにすることができます。
たとえば、車にレーダーとクルーズコントロールが装備されている場合、丘を登るのに必要な追加の力を補うために、丘が登って加速するのを見ることができます。事前の通知がなければ、クルーズコントロールは加速する必要があることを知ることができず、設定値に再び達するまで、閉ループが修正作業を適用することになります。
各タイプの制御ループには、その用途があります。開ループ制御は、設定値が1回のショットで達成できる状況に最適です。閉ループ制御は、設定値に到達するために試行錯誤が必要な状況に最適です。また、開ループと閉ループを組み合わせた制御では、適切に機能するために数学モデルと、場合によってはセンサーが必要です。オプションの範囲により、オペレーターはニーズに合った正しい制御ループを適切に選択できます。
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