בקרה במכונות מושגי יסוד תרשים מלבנים חוג פתוח/סגור משתנה מבוקר/מבקר ועוד ...

דיאגרמת מלבנים על מנת לתאר פעולות ההדדיות של מרכיבי מערכת הבקרה וכך גם את אופן תפקודה משתמשים בצורת ייצוג הנקראת דיאגרמת מלבנים (Block Diagram). בצורת ייצוג זו המלבנים מתארים את רכיבי המערכת. ערך המשתנה המבוקר שאנו מעוניינים למדוד בכל רגע נתון נקרא ערך מצוי . לערך הראשוני שניתן למשתנה המבוקר נקרא ערך רצוי .ערך זה נקבע על ידי מתכנן התהליך. יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה דיאגרמת מלבנים

819203 מבוא לבקרה דיאגרמת מלבנים מערכת חימום מים בדוד יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה דיאגרמת מלבנים

המערכת כמלבן מערכת חימום מים מידת פתיחת הברז טמפרטורת המים [°] [°C ] יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה דיאגרמת מלבנים

"פירוק" לתת-מערכות ברז + מבער דוּד α [°] PH [Watt] T [°C ] המלבן 'דוּד' מתאר את הקשר בין טמפרטורת המים בדוּד ובין כמות אנרגית החום המסופקת לו מידי שנייה,קשר זה מתואר בעזרת פונקציה מתמטית אשר הכרחית להבנת תהליך החימום. שינוי בערכו של אות המבוא יגרום לשינוי בערך אות המוצא אשר מופק על-ידי הרכיב יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה דיאגרמת מלבנים

משתנה מבוקר ומשתנה מבקר משתנה מבוקר (Controled Variable)– משתנה אותו מווסתת מערכת הבקרה. (משתנה אשר הוא הסיבה לקיום המערכת ותפקיד כל רכיבי המערכת לשמור עליו בתחומים מוגדרים) משתנה מבקר – המשתנה שבעזרתו משפיעה מערכת הבקרה על ערכו של המשתנה המבוקר (ספיקת הגז) יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה דיאגרמת מלבנים

הפרעה מערכת הבקרה אינה הגורם היחיד המשפיע על ערכו של המשתנה המבוקר. קיימים משתנים פיזיקליים נוספים המשפיעים על ערכו של המשתנה המבוקר – משתנים אלה נקראים 'הפרעות'. הוספת מים קרים שינוי טמפרטורת הסביבה ויסות ספיקת הגז (נבחר מסיבות טכנולוגיות למשתנה מבקר) המשתנה המבקר מהווה מקרה פרטי של הפרעה למערכת. יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה דיאגרמת מלבנים

819203 מבוא לבקרה דיאגרמת מלבנים דוגמה משתנה מבוקר - מיקום האום משתנה מבקר – עוצמת המתח המסופק למנוע החשמלי. הפרעה – כוח נוסף הפועל על האום יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה דיאגרמת מלבנים

תרשים מלבנים נגד משתנה מנוע בורג ואום Xr [mm] Ur [Volt] ni [RPM] XC יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה דיאגרמת מלבנים

מערכת לבקרת תאורה בחדר זחלן בקר חלון ותריס Um עוצמת אור Ur רצויה יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה חוגי בקרה

תרשים מלבנים נגד משתנה בקר מנורה Cr [%] Ur [Volt] Um [Volt] Cc [% ] יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה חוגי בקרה

עוצמת אור מבחוץ (הפרעה) עוצמת האור בפועל עוצמת אור הנורה עוצמת האור מבחוץ עוצמת אור מבחוץ (הפרעה) מערכת בקרת תאורה + מידע עוצמת אור הנורה + עוצמת אור בפועל יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה חוגי בקרה

מערכת בקרה בחוג פתוח מערכת בקרה שאין בה: משוב של מידע על ערכו של המשתנה המבוקר מידע על ערכו של המשתנה המבוקר אינו משפיע על ערכו של המשתנה המבקר בקרה בחוג פתוח מתאימה במקרים הבאים: יש יסוד סביר להניח שלמרות שאין מדידה של המשתנה המבוקר המערכת תתפקד בהתאם לדרישות. חיבור חיישן שימדוד את התוצר ייקר במידה ניכרת את המערכת ויפגע בהצלחתה המסחרית. קשה מאד למדוד את התוצר הסופי בזמן אמת ולכן קשה גם להגיב באופן מידי ויעיל. יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה חוגי בקרה

מערכות בקרה בחוג פתוח אינן כוללות מערכת שתפקידה לתקן או לצמצם סטיות בערכו של המשתנה המבוקר. דוגמה :עמעם אורות אורות מאפשר לשנות מתח חשמלי המגיע למנורה, כך משפיעים על עוצמת האור. עוצמת האור הרצויה נקבעת לפי תחושת האדם ולא משתמשים במכשירי מדידה.

מערכת לבקרת עוצמת אור ברכב לסיכום: אנו רואים שבמערכת זו אין מדידת עוצמת האור שמפיקות הנורות וכן לא מדידה של השפעתן על הסביבה. המערכת לא מתאימה את עצמה לעוצמת האור הרצויהכיוון שאין לה אמצעי מדידה ותיקון עוצמת אור. לרשות הנהג עומדות ארבע אפשרויות בחירה של מצבי תאורה: 1 . לא להפעיל את הנורות כלל. 2 .להפעיל את פנסי החנייה בלבד. 3 . להפעיל את האור הנמוך (אור דרך). 4 . להפעיל את האור הגבוה.

דוגמה: המצנם (טוסטר) - קליית פרוסת הלחם במצנם מבוצעת על ידי דריכת ידית והפעלת גופי חימום. לאחר זמן קצוב קפיץ משתחרר ומעלה את הפרוסה. במערכת זו אין לנו תהליך מדידה לכן הפרוסה יכולה להיות קלויה יותר מדי או פחות מדי.   אפשר לתאר את המצנם בדיאגרמה: אין מערכת מדידה לצבע הקלי, לכן מערכת הבקרה לא יכולה לשנות את משך הזמן שהקלי ישהה בתוך המצנם.

רכיבי חישה מדידה ופיקוד מוגדרים רכיבי מבוא לבקר. רכיבים אלה נחלקים לשתי קבוצות: רכיבי חישה ומדידה: חיישנים הנמצאים בתהליך עצמו, ומעבירים מידע על המתרחש בו (בדיקת מצב התהליך). רכיבי פיקוד: אלו הם מפסקים ולחצנים הנמצאים בממשק המשתמש ובאמצעותם המפעיל יכול לתת הוראות הפעלה, ניתוק וויסות לתהליך. רכיבי חישה, מדידה, פיקוד אות חשמלי למבוא הבקר אות פיזיקלי 819203 בקרים מתוכנתים מבוא יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט

819266 בקרה פנימטית ממוחשבת רכיבי העברת מידע (15) חיישנים נמצאים בתוך התהליך המבוקר ומאפשרים קבלת מידע על משתנים פיזיקליים שונים בתהליך. חיישנים דו-מצביים חיישנים רציפים יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819266 בקרה פנימטית ממוחשבת רכיבי העברת מידע (15)

משוב למערכות בקרה (בחוג סגור) על מנת להתמודד עם הפער בין הערך המצוי לערך הרצוי של מערכות טכנולוגיות, יש להכין אמצעים לתיקון סטיות של המשתנה המבוקר (גודל פיסיקלי) מערכו הרצוי. סטיות אלה נגרמות עקב הפרעות במערכת.   דוגמה: מזגן פועל בדירה. אם נשאיר חלון פתוח, תגרם הפרעה לפעולת המערכת. המזגן יצטרך לעבוד יותר זמן בעוצמה גבוהה יותר, על מנת לקרר את הדירה.  הפיתרון הנפוץ הוא להתבסס על מדידת המשתנה המבוקר באופן רציף.למשל, בדוגמה זו, מדידת הטמפרטורה של הדירה כל הזמן.אם מתגלה סטייה/שגיאה בינו לבין הגודל הרצוי נעשה תיקון מיידי. בדוגמה, אם המזגן כוון לטמפרטורה של 22 מעלות בחדר ובמדידה נמצאו 24 מעלות, זו סטייה מהגודל הרצוי. לפיתרון זה קוראים בקרת משוב. המשוב הוא העברת אינפורמציה (מידע (לתיקון הסטייה.

אילו סוגי משוב קיימים? אנו מבחינים בשני סוגי משוב: משוב שלילי, משוב חיובי. משוב שלילי  מאפשר פעולה תקינה של מערכת . משוב שלילי שואף להקטין את השגיאה ל - 0.מערכת בקרה תפעל באופן תקין אך ורק עם משוב שלילי. לדוגמה, בניאגרה של בית, ככל שהשסתום נסגר, מופסקת כניסת המים למיכל ההדחה. השסתום מעביר את המשוב.   משוב חיובי הוא משוב שגורם שמערכת לא תפעל בצורה תקינה ובמקום להקטין את השגיאה (הסטייה) - השגיאה הולכת וגדלה,עד שהמערכת מגיעה לרוויה ויכולת מקסימאלית או הפסקת פעולת המערכת. למשל, המסת מלח במים: אפשר להמיס מלח עד שלב מסויים, עד שהוא נמס. זו רוויה.

מערכת לבקרת מפלס עם משוב שלילי

מערכת בקרת מפלס עם משוב חיובי

לסיכום אם נבקר את שתי המערכות בעזרת אותו בקר , הבקר יפתח את השסתום כאשר מפלס המים יורד באחת המערכות, תגרום השגיאה לתיקונה (מערכת עם משוב שלילי) ובאחרת תגרום השגיאה להגדלתה (משוב חיובי). משוב חיובי: c+r=e - כלומר השגיאה הולכת וגדלה. משוב שלילי: c-r=e - כלומר השגיאה שואפת להגיע ל-0.

בקרה בחוג סגור מערכות בקרה בחוג סגור מודדות את המשתנה המבוקר ותוצאת המדידה משפיעה על פעולת רכיבי המערכת במטרה לתקן את השגיאה (ההפרש בין הערך הרצוי והמצוי) מערכת בקרה בחוג סגור כוללת שלוש פעולות: מדידה – מדידת ערכו של המשתנה המבוקר והעברת המידע לבקר המערכת (אות משוב Feed Back). השוואה – בין הערך הרצוי ואות המשוב באמצעות פעולת חיסור תיקון – שינוי המשתנה המבקר כך שישפיע על המשתנה המבוקר. יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה חוגי בקרה

תרשים מלבנים מערכת בקרה בחוג סגור Error = R-B השוואה רכיב בקרה בקר תהליך + משתנה מבוקר C אות ייחוס R Error תפוקה משתנה מבקר - חיישן אות משוב B יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה חוגי בקרה

דוגמה למערכת בחוג סגור: בקרת טמפרטורה במקרר ביתי-במקרר יש תהליך שבו אויר מצונן מוריד את הטמפרטורההשוררת במקרר.המקרר פועל כמערכת בקרה בחוג סגור, משום שיש לשמור על טמפרטורה קבועה בתוך המקרר. מערכת הבקרה צריכה להתגבר על הפרעות כגון: פתיחת דלת מקרר - לאורכי זמן שונים וחשיפה לטמפרטורות סביבה שונות (משום שגוף המקרר אינו מבודד לחלוטין את חלל המקרר מהסביבה). הפרעות אלו ואחרות מאלצות את המערכת להגיב לשינוי בטמפרטורה.לשם כך יש לבקר את הטמפרטורה במקרר בחוג סגור.במערכת הבקרה יש חיישן המודד את הטמפרטורה בתוך המקרר. בקר משווה את הטמפרטורה הרצויה עם הטמפרטורה הנמדדת ובהתאם לכך הבקר יחליט עם להפעיל או להפסיק את תהליך הקירור.

דוגמה באיור מטה מתוארת מערכת לבקרת טמפרטורה של חדר בבית. יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה חוגי בקרה

תרשים מלבנים - Error = Vr-Vb השוואה תפוקה תהליך זחלן בקר מגבר תנור חדר Tr [°C] Vr [Volt] + Error [Volt] Vm [Volt] V [Volt] P [Watt] To [°C] - חיישן טמפרטורה Vb [Volt] משתנה מבקר משתנה מבוקר יום שלישי י"ב כסלו תשע"ט 819203 מבוא לבקרה חוגי בקרה

מערכת לייצור חשמל בחוג פתוח מערכת מלבנים בחוג סגור

מערכת לבקרת טמפרטורה של המזון המערכת נועדה לשמור את המזון בטמפרטורה רצויה. עוצמתו של מקור החום נקבעת על פי מתח Vm המסופק לו. המתח Vb הוא מתח מוצא החיישן והוא משתנה ביחס ישר לטמפרטורת המזון. המתח Vr הוא המתח המתאים לטמפרטורה הרצויה.