کنترل حلقه باز چیست؟
در یک سیستم open loop هیچ کنترلی بر روی خروجی وجود ندارد. یعنی اینکه مقدار فشار یا دمای خروجی اندازه‌گیری نشده و هیچ فیدبکی برای مقایسه با ورودی از آن دریافت نمی‌شود. به همین دلیل است که سیستم‌های کنترلی حلقه باز باید به صورت کاملا دقیق طراحی و تولید شوند تا بتوانند خروجی دلخواه را تولید کنند. اما این سیستم‌ها به مرور زمان دقت خود را از دست می‌دهند و نمی‌توان فهمید که آیا همواره خروجی آنها در حالت مطلوب قرار دارد یا نه؟
اینورتر یک وسیله هوشمند برای مدیریت موتور و کنترل آن است که از قطعات مختلفی ساخته شده است. این وسیله مدهای کنترلی مختلفی دارد که یکی از آنها سیستم حلقه بسته است و به نام close loop هم شناخته میشود. از سیستم کنترل حلقه بسته اینورتر برای ثابت نگه داشتن کمیت‌هایی مانند دما و فشار استفاده میشود. در این مقاله میخواهیم به ین سوال پاسخ دهیم که سیستم حلقه بسته اینورتر چیست و چه تفاوتی با سیستم حلقه باز دارد؟ به علاوه به بررسی مزیت‌ها و معایب استفاده از close loop در درایو موتورهای صنعتی خواهیم پرداخت.
منظور از سیستم کنترل حلقه بسته چیست؟
همین وجود خطا و عدم اطمینان در سیستم‌های کنترلی حلقه باز باعث شد که سیستم حلقه بسته یا close loop به وجود بیاید. در این حلقه، حداقل یک مسیر برگشت از خروجی وجود دارد که هر لحظه این مقدار را با میزان مطلوب مقایسه می‌کند. سپس در صورت وجود هرگونه اختلافی، یک سیگنال خطا را تولید می‌کند که به اینورتر می‌فهماند باید با تغییر دیگر پارامترها، کمیت مورد نظر را به مقدار مطلوب نزدیک کند.
مقدار این سیگنال خطا هیچ‌گاه به صفر نمی‌رسد، اما باید همواره در یک بازه مطلوبی باقی بماند تا بتوان از آن چشم‌پوشی کرد. باید بدانید که در فرایندهای صنعتی، سیستم حلقه بسته با سیستم‌های فیدبک دار به یک معنا به کار می‌روند و در آنها برای به حداقل رساندن سیگنال خطا، همواره از یک وسیله کنترلی مانند اینورتر استفاده میشود. این نوع از وسایل خود دارای یک مد کنترلی به نام VC هستند که به طور خودکار میتواند حالت حلقه بسته را ایجاد کند. برای اطلاعات بیشتر درباره وکتور کنترل در اینورتر می‌توانید بر روی لینک درج شده کلیک کنید.
نحوه عملکرد سیستم های کلوز لوپ و اُپن لوپ
برای درک بهتر این موضوع فرض کنید که یک پمپ آب دارید و می‌خواهید فشار آب خروجی از این پمپ را بر روی مقدار ثابتی نگه دارید. در این صورت دو راه پیش روی شما است:
۱- کنترل حلقه باز
در این حالت شما می‌توانید به صورت دستی وارد تنظیمات اینورتر شده و آن را بر روی یک مقدار ثابت قرار دهید. به این ترتیب تضمینی وجود ندارد که فشار آب خروجی همواره بر روی مقدار تنظیم شده، ثابت باقی خواهد ماند. به عبارت بهتر اگر تغییری در شرایط عملکردی ایجاد شود، دیگر کنترلی بر روی فشار خروجی نخواهیم داشت. در نتیجه یا باید دوباره همه تنظیمات را از ابتدا انجام دهیم و یا اینکه برای جلوگیری از اتلاف انرژی، هزینه بیشتری را صرف کرده و از سیستم‌های دیگری استفاده کنیم. به همین دلیل است که به سراغ روش دوم می‌رویم.
۲- کنترل حلقه بسته
راه دیگری که برای ثابت نگه داشتن فشار آب خروجی از پمپ پیشنهاد میشود، استفاده از یک سنسور فشار در کنار اینورتر است. با این کار شما یک مرجع در اختیار دارید که می‌توانید با استفاده از آن، فشار را همواره بر روی حالت دلخواه خود نگه دارید. به عبارت بهتر در این سیستم حلقه بسته یا close loop اینورتر همواره فشار اندازه‌گیری شده را با مقدار مطلوب که همان نقطه مرجع است، مقایسه می‌کند و در صورت وجود هرگونه مغایرت، با تغییر سرعت پمپ، فشار را بر روی مقدار ثابتی نگه می‌دارد.
با اتصال سنسور فشار به اینورتر، یک حلقه تشکیل میشود که می‌توانند به راحتی فشار خروجی را بر روی مقدار تنظیم شده و به صورت ثابت نگه دارند. برای اینکه این سیستم کنترلی بتواند به درستی کار خود را انجام دهد، نیاز به یک حسگر باکیفیت دارید که می‌توانید از طریق صفحه خرید سنسور فشار در پینیون آن را تهیه کنید. شکل زیر تفاوت سیستم حلقه بسته و حلقه باز را در اینورتر نشان می‌دهد.
تفاوت سیستم حلقه بسته و باز چیست؟
حالا که با نحوه عملکرد سیستم close loop و open loop آشنا شدیم، میخواهیم تفاوت میان این دو را با دقت بیشتری بررسی کنیم. جدول زیر به طور خلاصه ویژگی‌های سیستم حلقه بسته و حلقه باز و اختلافات میان آنها را نشان می‌دهد.
| جنبه مقایسه | سیستم حلقه بسته | سیستم حلقه باز |
|---|---|---|
| فیدبک | دارد | ندارد |
| مقدار سیگنال خطا | همواره در بازه قابل چشم‌پوشی قرار دارد | ممکن است خیلی زیاد شود |
| نحوه عملکرد در صورت وجود اختلال ناخواسته | قابل کنترل و مطلوب | غیرقابل کنترل و نامطلوب |
| قابلیت تغییر شرایط کاری | دارد | ندارد |
| کاربرد | سیستم‌های غیر قابل پیش‌بینی با شرایط کاری خاص | مشخص بودن رابطه میان ورودی و خروجی به صورت دقیق |
| شرایط کاری | بر اساس فیدبک دریافتی از حسگر خروجی و مقایسه آن با مقدار مطلوب | بر اساس زمان‌بندی |
| مثال کاربردی | یخچال و ترموستات | ماشین لباسشویی و چراغ راهنمایی و رانندگی |
مزیت های سیستم حلقه بسته
- استفاده از سیستم کلوز لوپ در هر شرایطی باعث میشود که شما بتوانید همواره با دقت بسیار خوبی، خروجی را بر روی مقدار دلخواه خود نگه دارید.
- اغتشاشات و اختلال‌های ناخواسته تاثیر چندانی بر روی خروجی سیستم حلقه بسته ندارند و می‌توان تا حد زیادی اثر آنها را بر روی پاسخ سیستم حذف کرد.
- تغییر پارامترهای موجود در حلقه بر روی پاسخ سیستم قابل حذف کردن است.
- امکان پایدار کردن سیستم‌های ناپایدار با استفاده از سیستم close loop وجود دارد.
معایب سیستم حلقه بسته
– هزینه نسبتا زیاد برای اجرا
البته دقت کنید که سیستم‌های کلوز لوپ به دلیل اینکه نیاز به ابزارهایی برای گرفتن فیدبک دارند، معمولا با هزینه زیادتری اجرا می‌شوند. به همین دلیل است که از این سیستم‌ها تنها در جایی استفاده میشود که نیاز به دقت بسیار زیادی در فشار و دمای خروجی وجود داشته باشد.
– ایجاد مشکل در پایدار کردن سیستم
هرچند استفاده از close loop باعث میشود که دقت خروجی شما تا حد زیادی افزایش پیدا کرده و اثر اغتشاشات بر روی آن به صفر برسد، اما باید بدانید که این سیستم موارد کاربرد خاص خود را دارد. یکی از اصلی‌ترین مشکلاتی که در زمان پیاده‌سازی و اجرای کلوز لوپ وجود دارد، ایجاد پایداری است. زیرا این نوع از سیستم‌ها همواره با یک دامنه مشخص نوسان می‌کنند و پایدار کردن آنها کار دشواری است. به همین دلیل توصیه میشود در مواردی که اغتشاش چندانی وجود ندارد و ورودی کاملا مشخص است، از open loop استفاده کنید.
سخن پایانی
سیستم حلقه بسته یا close loop در اینورتر یکی از اصلی‌ترین مدهای کنترلی برای این وسیله است که در کاربردهای دقیق با اغتشاشات غیر قابل پیش‌بینی بسیار کاربرد دارد. وجود سیستم کلوز لوپ باعث میشود شما بتوانید با وجود همه شرایط، خروجی دما یا فشار را همواره بر روی مقدار مطلوب نگه داشته و به این ترتیب همواره بازدهی کار خود را حفظ کنید. در این مقاله از پینیون اصول عملکرد سیستم حلقه بسته را در درایو موتور بررسی کرده و به ارزیابی مزیت‌ها و معایب آن پرداختیم.
سوالات متداول
- کاربرد سیستم حلقه بسته در صنعت چیست؟
سیستم حلقه بسته ممکن است در صنایع بسیار پیشرفته مانند سیستم های پایدارساز و کنترل موقعیت هواپیما کاربرد داشته باشد. به علاوه از نمونه‌های ساده‌تر آن در مواردی مانند تثبیت فشار، سرعت، دما و شار استفاده میشود. - چرا باید از سیستم حلقه بسته استفاده کنیم؟
هدف اصلی از به‌کارگیری سیستم حلقه بسته در درایوهای موتور و فرایندهای صنعتی، نظارت بر نحوه انجام یک فرایند است تا بتوان خروجی را همواره با دقت بالایی بر روی مقدار دلخواه نگه داشت. close loop به دلیل گرفتن فیدبک و مقایسه دائمی آن با مقدار مطلوب میتواند با دقت بسیار خوبی رسیدن به این هدف را برای ما ممکن کند.