Kapalı Çevrim Kontrol Sistemi ve Örnekleri Nedir ?

KAPALI ÇEVRİM KONTROL SİSTEMİ NEDİR ? 

Kapalı çevrim kontrol sistemi nedir ? Kapalı çevrim kontrol sistemi nerelerde ve nasıl kullanılır ? Kapalı çevrim kontrol sistemi örnekleri nedir ? Bu ve benzeri sorulara yanıt aradığımız Kapalı Çevrim Kontrol Sistemi Nedir adlı yazımızla karşınızdayız.

Başlayalım

KAPALI ÇEVRİM KONTROL SİSTEMİ

Kapalı devre kontrol sistemler, hataları azaltmak ve kararlılığı artırmak için çıkış sinyalinin bir kısmının girişe geri beslendiği geri bildirimi kullanır.

Çıkış miktarının kontrol sürecine, girdi üzerinde etkisi olmayan sistemlere açık döngü kontrol sistemleri denir ve bu açık döngü sistemlerinin sadece açık uçlu geri besleme olmayan sistemler olduğu söylenir.

Ancak, herhangi bir elektriksel veya elektronik kontrol sisteminin amacı, bir işlemi ölçmek, izlemek ve kontrol etmektir; işlemi doğru bir şekilde kontrol edebilmemizin bir yolu, çıktılarını izleyerek ve bazılarını fiili çıktı ile karşılaştırmak için geri besleyerek gerçekleştirmektir.

Ölçülen çıktının miktarına “geri besleme sinyali” denir ve hem kendisini kontrol etmek hem de ayarlamak için geri besleme sinyallerini kullanan kontrol sistemi türüne Kapalı Çevrim Kontrol Sistemi denir.

Geri besleme kontrol sistemi olarak da bilinen Kapalı Çevrim Kontrol Sistemi, açık döngü sistemi konseptini ileriye doğru yolu olarak kullanan ancak bir veya daha fazla geri besleme döngüsüne veya çıktısı ile çıkışı arasındaki yollara sahip olan bir kontrol sistemidir.

“Geribildirim” referansı, basitçe, çıktının bir kısmının, sistem uyarma işleminin bir kısmını oluşturmak için girdiye “geri” döndürüldüğü anlamına gelir.Kapalı döngü kontrol sistemleri, istenen çıkış koşulunu gerçek koşulla karşılaştırarak otomatik olarak elde etmek ve korumak için tasarlanmıştır.

Bunu, çıkış ile referans girişi arasındaki fark olan bir hata sinyali üreterek yapar.Başka bir deyişle, “kapalı çevrim kontrol sistemi”, kontrol eyleminin bir şekilde çıkışa bağlı olduğu tam otomatik bir kontrol sistemidir.

Örneğin, elektrikli çamaşır kurutma makinemizi önceki Açık çevrim kontrol sistemi üzerinden düşünün.Kıyafetlerin sıcaklığını veya kuruluğunu sürekli izlemek ve kuruluğa ilişkin bir sinyali aşağıda gösterildiği gibi kontrol cihazına geri vermek için bir sensör veya dönüştürücü kullandığımızı varsayalım.

Kapalı Çevrim Kontrol Sistemi

Bu sensör elbiselerin gerçek kuruluğunu izler ve girdi referansıyla karşılaştırır (veya çıkartır).

Hata sinyali (hata = gerekli kuruluk – gerçek kuruluk) kontrolör tarafından yükseltilir ve kontrolör çıkışı herhangi bir hatayı azaltmak için ısıtma sistemine gerekli düzeltmeyi yapar.

Örneğin çamaşırlar çok ıslaksa, kontrol cihazı sıcaklığı veya kuruma süresini artırabilir.Aynı şekilde, eğer giysiler neredeyse kuru ise, elbisenin fazla ısınmaması veya yanmaması için sıcaklığı düşürebilir veya işlemi durdurabilir.

Daha sonra kapalı çevrim kontrol konfigürasyonu, çamaşır kurutma sistemimizdeki sensörden türetilmiş geri besleme sinyali ile karakterize edilir.Ortaya çıkan hata sinyalinin büyüklüğü ve polaritesi, istenen kuruluk ile çamaşırların gerçek kuruluğu arasındaki farkla doğrudan ilişkili olacaktır.

Ayrıca, kapalı devre bir sistem çıktı durumunun bir miktar bilgisine sahip olduğundan (sensör aracılığıyla), herhangi bir sistem rahatsızlıklarını veya koşullardaki istenen işi tamamlama yeteneğini azaltabilecek değişiklikleri ele almak için daha iyi bir şekilde donatılmıştır.

Örneğin, daha önce olduğu gibi, kurutucu kapısı açılır ve ısı kaybolur.Bu kez sıcaklıktaki sapma, geri besleme sensörü tarafından tespit edilir ve kontrol cihazı, sabit bir sıcaklığı önceden ayarlanmış değerlerin sınırları dahilinde tutma hatasını düzeltir.Ya da muhtemelen süreci durdurur ve operatörü bilgilendirmek için bir alarmı devreye sokar.

Gördüğümüz gibi, kapalı devre kontrol sisteminde giriş sinyali ile geri besleme sinyali arasındaki fark olan hata sinyali (çıkış sinyalinin kendisi veya çıkış sinyalinin bir fonksiyonu olabilir) kontrol cihazına beslenir. Sistem hatasını azaltmak ve sistemin çıktısını tekrar istenen değere getirmek.

Açıkça, hata sıfır olduğunda çamaşırlar kurur.Kapalı döngü kontrolü terimi, sistemdeki herhangi bir hatayı azaltmak için her zaman bir geri besleme kontrolü eyleminin kullanılmasını ve açık döngü ile kapalı çevrim kontrol sistemi arasındaki temel farkları ayıran “geri bildirimini” belirtir.

Bu nedenle çıktı, genel olarak çok doğru bir şekilde yapılabilen geri besleme yoluna bağlıdır ve elektronik kontrol sistemleri ve devreleri içerisinde geri besleme kontrolü, açık döngü veya ileri besleme kontrolünden daha sık kullanılır.

Kapalı çevrim kontrol sistemleri, açık çevrim kontrol sistemlerine göre birçok avantaja sahiptir.

Kapalı devre bir geri besleme kontrol sisteminin birincil avantajı, sistemin dış rahatsızlıklara karşı hassasiyetini azaltma kabiliyeti, örneğin kurutucu kapısının açılması, sisteme geri besleme sinyalinde herhangi bir değişiklik yapılması durumunda sistemin daha sağlam bir kontrol sağlamasıdır.

Kapalı çevrim kontrol sistemlerinin temel özelliklerini şöyle tanımlayabiliriz:

Sistem girişini otomatik olarak ayarlayarak hataları azaltmak.

Kararsız bir sistemin kararlılığını arttırmak.

Sistem hassasiyetini artırmak veya azaltmak

Sürecin dış etkenlere karşı sağlamlığını artırmak.

Güvenilir ve tekrarlanabilir bir performans üretmek.

İyi bir kapalı döngü sistemi, açık döngü kontrol sistemine göre birçok avantaja sahip olsa da, temel dezavantajı, gerekli kontrol miktarını sağlamak için, bir kapalı döngü sisteminin bir veya daha fazla geri bildirim yoluna sahip olarak daha karmaşık olması gerektiğidir .

Ayrıca, kontrol cihazının kazancı giriş komutlarındaki veya sinyallerindeki değişikliklere karşı çok hassas ise, kontrol cihazı kendini fazla düzeltmeye çalıştığında dengesiz hale gelebilir ve salınmaya başlayabilir ve sonunda bir şey bozulur.

Bu yüzden, sisteme önceden tanımlanmış bazı sınırlar içerisinde nasıl davranmasını istediğimizi “söylememiz” gerekir.

Kapalı Çevrim Kontrolü Toplama Noktaları

Bir kapalı çevrim geri besleme sisteminin herhangi bir kontrol sinyalini düzenlemesi için, önce gerçek çıktı ile istenen çıktı arasındaki hatayı belirlemelidir.

Bu, geri besleme döngüsü ile sistemler girişi arasında bir karşılaştırma elemanı olarak da adlandırılan bir toplama noktası kullanılarak elde edilir. Bu toplama noktaları, bir sistem ayar noktasını gerçek değerle karşılaştırır ve denetleyicinin de yanıt verdiği pozitif veya negatif bir hata sinyali üretir.

Burada: Hata = Set Değeri – Gerçek Değer

Kapalı devre sistemlerde bir toplama noktasını temsil etmek için kullanılan blok blok diyagramı, gösterildiği gibi iki çapraz çizgili bir dairenin simgesidir.

Toplama noktası, cihazın bir “summer” (artı geri bildirim için kullanılır) olduğunu gösteren bir Artı (+) sembolünün kullanıldığı sinyalleri bir araya getirebilir veya sinyalleri birbirinden çıkarabilir (bu durumda bir Eksi (-)) , cihazın gösterildiği gibi bir “comparator” (negatif geri besleme için kullanılır) olduğunu gösteren bir simge kullanılır.

Toplama Noktası Türleri

Toplama noktalarının girişler toplama ya da çıkarma gibi birden fazla sinyale sahip olabileceğine, ancak girişlerin cebirsel toplamı olan sadece bir çıkışa sahip olabileceğine dikkat edin.Ayrıca oklar sinyallerin yönünü gösterir.

Toplama noktaları, daha fazla giriş değişkeninin belirli bir noktada toplanmasını sağlamak için birlikte basamaklandırılabilir.

Kapalı Döngü Kontrol Sistem Transfer Fonksiyonu

Herhangi bir elektrikli veya elektronik kontrol sisteminin Transfer İşlevi, sistemler giriş ve çıkış arasındaki matematiksel ilişkidir ve bu nedenle sistemin davranışını açıklar. Ayrıca, belirli bir cihazın çıktısının girişine oranının kazancını temsil ettiğini unutmayın.

Ardından, çıkışın daima sistemin çarpı çarpı çarpı işlevi olduğunu söyleyebiliriz. Aşağıdaki kapalı döngü sistemini göz önünde bulundurun.

Tipik Kapalı Çevrim Kontrol Sistem Gösterimi

Burada: G bloğu denetleyicinin veya sistemin açık döngü kazancını ve ileri yoldur ve H bloğu geri besleme yolundaki sensör, transdüser veya ölçüm sisteminin kazancını gösterir.Yukarıda kapalı çevrim sisteminin transfer fonksiyonunu bulmak için önce çıkış sinyalini θo giriş sinyali θi cinsinden hesaplamalıyız.

Bunu yapmak için, verilen blok diyagramın denklemlerini aşağıdaki gibi kolayca yazabiliriz. Sistemden elde edilen çıktıya eşittir:

Çıkış = G x Hata

Hata sinyalinin , θe aynı zamanda ileri besleme bloğunun girişi olduğunu unutmayın:

G Toplama noktasından çıkan çıktı şuna eşittir: Hata = Giriş – H x Çıkış

H = 1 (birlik geri bildirimi) ise:

Toplama noktasından çıkış şöyle olacaktır: Hata (θe) = Giriş – Çıkış

Hata terimini ortadan kaldırmak, ardından:

Çıkış şuna eşittir: Çıkış = G x (Giriş – H x Çıkış)

Bu nedenle: G x Giriş = Çıkış + G x H x Çıkış

Yukarıdakilerin yeniden düzenlenmesi bize kapalı devre transfer fonksiyonunu verir:

Çıkış / Giriş = θo / θi = G / 1 + GH

Kapalı devre bir sistemin transfer fonksiyonu için yukarıdaki denklem, negatif geri beslemeyi temsil eden paydada bir Artı (+) işareti gösterir.

Olumlu bir geri besleme sistemi ile, payda Eksi (-) işaretine sahip olacak ve denklem şöyle: 1 – GH.

H = 1 (birlik geri bildirimi) ve G çok büyük olduğunda, transfer işlevinin birliğe şu şekilde yaklaştığını görebiliriz:

Çıkış / Giriş -> 1

Ayrıca, sistemlerin hal kazancı G azaldıkça, ifadesi: G/(1 + G) kadar daha yavaş azalır.Başka bir deyişle, sistem G ile temsil edilen sistemler değişikliklere karşı oldukça duyarsızdır ve kapalı devre bir sistemin temel avantajlarından biridir.

kapalı çevrim kontrol sistemleri

Çok Döngülü Kapalı Çevrim Kontrol Sistemi

Yukarıda bahsettiğimiz örneğimizde tek girişli, tek çıkışlı kapalı döngü bir sistem olmasına rağmen, temel aktarma işlevi  daha karmaşık çok döngülü sistemler için geçerlidir.

Geri besleme devrelerinin çoğu, çoklu döngü kontrolünün bir formuna sahiptir ve çoklu döngü konfigürasyonu için, kontrollü ve manipüle edilmiş bir değişken arasındaki transfer fonksiyonu, diğer geri besleme kontrol döngülerinin açık veya kapalı olmasına bağlıdır.

G1 ve G2 gibi basamaklı blokların yanı sıra, gösterildiği gibi iç halkanın transfer fonksiyonu azaltılabilir.Blokların daha da azaltılmasından sonra, önceki tek döngü kapalı döngü sistemine benzeyen  bir blok şema ile son bulur.

Kapalı Çevrim Motor Kontrolü

Elektronikte Kapalı Devre Sistemlerini nasıl kullanabiliriz?

DC motor kontrol ünitemizi bir önceki açık çevrim kontrol yazımızdan görebilirsiniz.DC motorun şaftına takometre gibi bir hız ölçüm dönüştürücüsünü bağlarsak, hızını tespit edip motor hızıyla orantılı bir sinyali amplifikatöre geri gönderebiliriz.

Tako üreteci olarak da bilinen takometre, motorun hızıyla orantılı bir DC çıkış voltajı veren sabit mıknatıslı bir DC jeneratördür.Ardından, potansiyometre sürgüsünün konumu, DC motorunu çıkışı temsil eden ayarlanmış bir N hızında, sistemin θo’sunu ve takometre T’yi kapalı devre olacak şekilde, amplifikatör (kontrolör) tarafından yükseltilen amplifi girişini temsil eder.

Giriş voltajı ayarı ile geri besleme voltajı seviyesi arasındaki fark, gösterildiği gibi hata sinyali verir.

Kapalı Çevrim Motor Kontrolü

Kapalı devre motor kontrol sistemine, motor yükünün artması gibi herhangi bir dış etken, gerçek motor hızında ve potansiyometre giriş ayar noktasında bir fark yaratacaktır.Bu fark, motorun hızını ayarlayarak kontrolörün otomatik olarak cevap vereceği bir hata sinyali üretecektir.

Ardından kontrol cihazı, hata değerini en aza indirmeye çalışır ve sıfır noktasına ayarlanmış olan gerçek hızı gösterir.Elektronik olarak, kontrol cihazı için gösterildiği gibi bir işlemsel yükselteç (op-amp) kullanarak böyle basit bir kapalı döngü takometre-geri besleme motor kontrol devresini uygulayabiliriz.

Kapalı Çevrim Motor Kontrol Devresi

Bu basit kapalı çevrim motor kontrol cihazı, gösterildiği gibi blok şema olarak gösterilebilir. Geribildirim denetleyicisi için blok şeması Kapalı devre motor kontrolörü, kontrol ünitesine girişe uygulanan ortalama voltajı değiştirerek değişen yük koşullarında istenen motor hızını korumanın ortak bir yoludur.Hızölçer, optik kodlayıcı veya Hall efektli tip konumsal veya döner sensör ile değiştirilebilir.

Kapalı Çevrim Sistemler Özeti

Bir veya daha fazla geri bildirim yolu olan bir elektronik kontrol sistemine Kapalı Çevrim Sistem adı verildiğini gördük.

Kapalı devre kontrol sistemlerine “geri besleme kontrol sistemleri” de denir ve proses kontrol ve elektronik kontrol sistemlerinde çok yaygındır.

Geri besleme sistemleri, istenen ayar noktası koşuluyla karşılaştırmak için girişe “geri besleme” çıkış sinyallerinin bir kısmına sahiptir.

Geri besleme sinyalinin türü pozitif geri besleme veya negatif geri besleme ile sonuçlanabilir.

Kapalı devre bir sistemde, bir sistemin çıktısını istenen koşul ile karşılaştırmak ve hatayı, hatayı azaltmak ve sistemin çıktısını istenen cevaba geri getirmek için tasarlanmış bir kontrol eylemine dönüştürmek için bir kontrolör kullanılır.

Daha sonra kapalı devre kontrol sistemleri, sisteme gerçek girişi belirlemek için geri bildirim kullanır ve birden fazla geri besleme döngüsüne sahip olabilir.

Kapalı devre kontrol sistemleri açık döngü sistemlere göre birçok avantaja sahiptir.

Bir avantaj, geri beslemenin kullanılmasının, sistem tepkisini dış bozulmalara ve sıcaklık gibi sistem parametrelerindeki iç değişikliklere karşı nispeten duyarsız hale getirmesidir.

Böylece, belirli bir işlem veya tesisin doğru kontrolünü elde etmek için nispeten yanlış ve ucuz bileşenler kullanmak mümkündür.

Bununla birlikte, sistem kararlılığı, özellikle kötü tasarlanmış kapalı devre sistemlerde, sistemin kontrolünü kaybetmesine ve salınımına neden olabilecek herhangi bir hatayı aşırı düzeltmeyi deneyebileceği için büyük bir problem olabilir.

Elektronik Sistemler ile ilgili bir sonraki derste, bir sistemin girişine bir toplama noktası eklememizin farklı yollarına ve sinyalleri tekrar ona besleyebileceğimiz farklı yollara bakacağız.

KAPALI ÇEVRİM KONTROL SİSTEMİ NEDİR SONUÇ : 

Bugün Kapalı Çevrim Kontrol Sistemi Nedir adlı yazımızla karşınızdaydık.Umuyorum faydalı bilgiler edinmişsinizdir.

İyi Çalışmalar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.