Войти
A прямая связь, иногда пишется прямая связь, это элемент или путь внутри система управления, которая передает управляющий сигнал от источника во внешней среде к нагрузке в другом месте во внешней среде. Часто это командный сигнал от внешнего оператора.
Система управления, которая имеет только поведение с прямой связью, реагирует на свой управляющий сигнал заранее определенным образом, не реагируя на реакцию нагрузки; это отличается от системы, которая также имеет обратную связь, которая регулирует ввод с учетом того, как он влияет на нагрузку, и как сама нагрузка может изменяться непредсказуемо; нагрузка считается принадлежащей внешней среде системы.
В системе с прямой связью регулировка управляющей переменной не основана на ошибках. Вместо этого он основан на знаниях о процессе в форме математической модели процесса и знаниях или измерениях нарушений процесса.
Для того, чтобы схема управления была надежной при использовании чистого корма, необходимы некоторые предварительные условия. - вперед без обратной связи: должна быть доступна внешняя команда или управляющий сигнал, и должно быть известно влияние выхода системы на нагрузку (обычно это означает, что нагрузка должна быть предсказуемо неизменной со временем). Иногда чистое управление с прямой связью без обратной связи называется «баллистическим», потому что после того, как сигнал управления был отправлен, он не может быть отрегулирован дальше; любая корректирующая регулировка должна осуществляться посредством нового управляющего сигнала. Напротив, «круиз-контроль» регулирует выходной сигнал в зависимости от нагрузки, с которой он сталкивается, с помощью механизма обратной связи.
Эти системы могут относиться к теории управления, физиологии или вычислениям.
При управлении с прямой или прямой связью помехи измеряются и учитываются до того, как они успеют повлиять на систему. В примере с домом система прямой связи может измерять факт открытия двери и автоматически включать обогреватель до того, как в доме станет слишком холодно. Сложность управления с прямой связью состоит в том, что влияние помех на систему должно быть точно предсказано, и не должно быть никаких неизмеряемых помех. Например, если было открыто окно, которое не измерялось, термостат с упреждающим управлением может позволить дому остыть.
Термин имеет особое значение в области автоматического управления на базе ЦП . Дисциплина «упреждающего управления» в отношении современных автоматических средств управления на базе ЦП широко обсуждается, но редко применяется на практике из-за сложности и затрат на разработку или обеспечение математической модели, необходимой для облегчения этого типа. контроля. Управление с разомкнутым контуром и управление с обратной связью, часто основанное на стандартных алгоритмах ПИД-регулирования, гораздо более широко используются.
Три типа систем управления ( a) Открытый контур (b) Прямая связь (c) Обратная связь (Замкнутый контур) На основе Hopgood (2002) Существует три типа систем управления: разомкнутый контур, с прямой связью и обратная связь. Примером чисто разомкнутой системы управления является ручное управление автомобилем без усилителя; система рулевого управления не имеет доступа к вспомогательному источнику энергии и не реагирует на переменное сопротивление повороту направляющих колес; водитель должен сделать это без помощи рулевого управления. Для сравнения: рулевое управление с усилителем имеет доступ к управляемому вспомогательному источнику энергии, который зависит от частоты вращения двигателя. При повороте рулевого колеса открывается клапан, который позволяет жидкости под давлением вращать ведущие колеса. Датчик контролирует это давление, так что клапан открывается только для того, чтобы необходимое давление достигло механизма поворота колеса. Это управление с прямой связью, при котором выходной сигнал системы, изменение направления движения транспортного средства, не играет никакой роли в системе. См. Управление с прогнозированием модели.
. Если вы включите водителя в систему, он обеспечит обратную связь, наблюдая за направлением движения и компенсируя ошибки поворотом рулевого колеса. В этом случае у вас есть система обратной связи, а блок, помеченный как «Система» на рисунке (c), является системой обратной связи.
Другими словами, системы разных типов могут быть вложенными, и вся система, рассматриваемая как черный ящик.
упреждающее управление заметно отличается от управления разомкнутым контуром и телеоператора системы. Для упреждающего управления требуется математическая модель предприятия (процесса и / или машины, которым управляет) и отношения предприятия к любым входным данным или обратной связи, которые может получить система. Ни системы управления разомкнутым контуром, ни системы дистанционного оператора не требуют сложной математической модели физической системы или управляемого объекта. Управление, основанное на вводе оператора без комплексной обработки и интерпретации с помощью математической модели системы, представляет собой систему дистанционного оператора и не считается управлением с прямой связью.
Исторически термин «прямая связь» ”Встречается в работах Гарольда С. Блэка в патенте США 1686792 (изобретен 17 марта 1923 г.) и D. М. Маккей еще в 1956 году. Хотя работа Маккея находится в области теории биологического контроля, он говорит только о системах с прямой связью. Маккей не упоминает «Управление с прямой связью» и не ссылается на дисциплину «Управление с прямой связью». Маккей и другие ранние авторы, использующие термин «прямая связь», обычно пишут о теориях того, как работает мозг человека или животных. У Блэка также есть патент США 2102671, изобретенный 2 августа 1927 года на методику обратной связи, применяемую к электронным системам.
Дисциплина «прямого контроля» была в значительной степени разработана профессорами и аспирантами Технологического института Джорджии, Массачусетского технологического института, Стэнфорд и Карнеги-Меллон. Feedforward обычно не переносится через дефис в научных публикациях. Мекл и Сиринг из Массачусетского технологического института, а также Бук и Дикерсон из Технологического института Джорджии начали разработку концепций прямого контроля в середине 1970-х годов. Дисциплина прямого управления была четко определена во многих научных статьях, статьях и книгах к концу 1980-х.
Преимущества прямого управления значительны и часто могут оправдать дополнительные затраты и время и усилия, необходимые для внедрения технологии. Точность управления часто можно повысить на порядок, если математическая модель имеет достаточное качество и реализация закона управления с прогнозированием хорошо продумана. Потребление энергии системой управления с прогнозированием и ее драйвером обычно значительно ниже, чем при использовании других элементов управления. Стабильность повышается, так что управляемое устройство может быть построено из более дешевых, легких и пружинящих материалов, но при этом остается очень точным и может работать на высоких скоростях. Другие преимущества упреждающего управления включают снижение износа оборудования, более низкие затраты на техническое обслуживание, более высокую надежность и существенное снижение гистерезиса. Управление с прогнозированием часто сочетается с управлением с обратной связью для оптимизации производительности.
Математическая модель предприятия (машины, процесса или организма), используемая системой управления с прогнозированием, может быть создана и введена инженер-контролер, или он может быть изучен системой управления. Системы управления, способные изучать и / или адаптировать свою математическую модель, стали более практичными по мере увеличения скорости микропроцессора. Дисциплина современного управления с прогнозированием сама по себе стала возможной благодаря изобретению микропроцессоров.
Управление с прогнозированием требует интеграции математической модели в алгоритм управления таким образом, чтобы она использовалась для определения управляющих воздействий на основе того, что известно о состояние контролируемой системы. В случае управления легкой и гибкой роботизированной рукой , это может быть так же просто, как компенсация между тем, когда рука робота несет полезную нагрузку, и когда это не так. Целевые углы сочленений регулируются, чтобы разместить полезную нагрузку в желаемом положении, основываясь на знании отклонений в руке из интерпретации математической модели возмущений, вызванных полезной нагрузкой. Системы, которые планируют действия, а затем передают план в другую систему для выполнения, не удовлетворяют приведенному выше определению упреждающего управления. Если система не включает средства для обнаружения нарушения или получения входных данных и обработки этих входных данных через математическую модель для определения требуемой модификации управляющего воздействия, это не является истинным управлением с прогнозированием.
В теории систем, открытая система - это система с прямой связью, не имеющая петли обратной связи для управления ее выходом. Напротив, закрытая система использует контур обратной связи для управления работой системы. В открытой системе выходной сигнал системы не возвращается на вход системы для управления или работы.
В физиологии контроль с прямой связью представлен нормальным упреждающим регулированием сердцебиения до фактического физическая нагрузка со стороны центральной автономной сети. Упреждающее управление можно сравнить с усвоенными упреждающими ответами на известные сигналы (прогнозирующее кодирование ). Регулирование сердцебиения с обратной связью обеспечивает дополнительную адаптацию к беговым ситуациям с физическими нагрузками. Системы прямой связи также используются при биологическом контроле других переменных многими областями животных мозгом.
Даже в случае биологических систем прямой связи, таких как человеческий мозг, знания или ментальную модель растения (тела) можно считать математической, поскольку модель характеризуется ограничениями, ритмами, механикой и закономерностями.
Чистая система прямой связи отличается от гомеостатическая система контроля, которая имеет функцию поддержания внутренней среды организма в «устойчивом» состоянии или в «длительном устойчивом состоянии готовности». Гомеостатическая система управления полагается в основном на обратную связь (особенно отрицательную) в дополнение к элементам системы с прямой связью.
Перекрестная регуляция генов может быть представлена графом, где гены являются узлами, а один узел связан с другим, если первый является фактор транскрипции для последнего. Мотив, который преимущественно присутствует во всех известных сетях (E. coli, Yeast,...), представляет собой A активирует B, A и B активирует C. Этот мотив, как было показано, является система прямой связи, обнаруживающая временное изменение окружающей среды. Эта тема прямого контроля обычно наблюдается при развитии клонов гемопоэтических клеток, когда принимаются необратимые обязательства.
В вычислениях под прямой связью обычно понимается сеть перцептрона, в которой выходы от всех нейроны переходят на следующие, но не на предшествующие слои, поэтому петель обратной связи отсутствует. Соединения устанавливаются во время фазы обучения, когда система фактически является системой обратной связи.
В начале 1970-х годов в системах междугородной коаксиальной передачи, включая L-несущую, использовались усилители с прямой связью для уменьшения линейных искажений. Этот более сложный метод позволил получить более широкую полосу пропускания, чем более ранние системы обратной связи. Оптическое волокно, однако, сделало такие системы устаревшими до того, как многие из них были построены.
Управление с прогнозированием - это дисциплина в области автоматического управления, используемая в автоматизации.
Метод представляет собой довольно новый метод, который изменяет фазу передаточной функции разомкнутого контура неминимальной фазы систему в минимальную фазу.
