Основы автоматики
Давайте поговорим об автоматике в контексте домашнего применения. Но только мы отойдем от темы распространенных домашних приборов, которыми забиты полки супермаркетов техники и разовьем идею нестандартной автоматики, которую не купить в магазине.
Итак что же такое любительская автоматика для дома в моем понимании? Для меня это всевозможные механические и электронные средства, собранные самостоятельно и предназначенные для удобства жизни людей или животных, растений. Под удобством нужно понимать: экономию времени, нервов, потребления ресурсов, защиту жизни, здоровья и имущества.
С древних времен человек хотел использовать предметы и силы природы в своих целях, то есть управлять ими. Управлять можно неодушевленными предметами (например, перекатывая камень на другое место), животными (дрессировка), людьми (начальник – подчиненный).
Множество задач управления в современном мире связано с техническими системами – автомобилями, кораблями, самолетами, станками. Например, нужно поддерживать заданный курс корабля, высоту самолета, частоту вращения двигателя, температуру в холодильнике или в печи. Если эти задачи решаются без участия человека, говорят об автоматическом управлении.
Из чего состоит система управления?
В задачах управления всегда есть два объекта – управляемый и управляющий. Управляемый объект обычно называют объектом управления или просто объектом, а управляющий объект – регулятором. Например, при управлении частотой вращения объект управления – это двигатель (электромотор, турбина); в задаче стабилизации курса корабля – корабль, погруженный в воду; в задаче поддержания уровня громкости – динамик.
Регуляторы могут быть построены на разных принципах. Самый знаменитый из первых механических регуляторов – центробежный регулятор Уатта для стабилизации частоты вращения паровой турбины. Когда частота вращения увеличивается, шарики расходятся из-за увеличения центробежной силы. При этом через систему рычагов немного закрывается заслонка, уменьшая поток пара на турбину.
Регулятор температуры в холодильнике или термостате – это электронная схема, которая включает режим охлаждения (или нагрева), если температура становится выше (или ниже) заданной.
Во многих современных системах регуляторы – это микропроцессорные устройства, компьютеры. Они успешно управляют самолетами и космическими кораблями без участия человека. Современный автомобиль буквально «напичкан» управляющей электроникой, вплоть до бортовых компьютеров.
Обычно регулятор действует на объект управления не прямо, а через исполнительные механизмы (приводы), которые могут усиливать и преобразовывать сигнал управления, например, электрический сигнал может «превращаться» в перемещение клапана, регулирующего расход топлива, или в поворот руля на некоторый угол.
Чтобы регулятор мог «видеть», что фактически происходит с объектом, нужны датчики. С помощью датчиков чаще всего измеряются те характеристики объекта, которыми нужно управлять. Кроме того, качество управления можно улучшить, если получать дополнительную информацию – измерять внутренние свойства объекта.
Структура системы
Итак, в типичную систему управления входят объект, регулятор, привод и датчики. Однако, набор этих элементов – еще не система. Для превращения в систему нужны каналы связи, через них идет обмен информацией между элементами. Для передачи информации могут использоваться электрический ток, воздух (пневматические системы), жидкость (гидравлические системы), компьютерные сети.
Взаимосвязанные элементы – это уже система, которая обладает (за счет связей) особыми свойствами, которых нет у отдельных элементов и любой их комбинации.
Основная интрига управления связана с тем, что на объект действует окружающая среда – внешние возмущения, которые «мешают» регулятору выполнять поставленную задачу. Большинство возмущений заранее непредсказуемы, то есть носят случайный характер. Кроме того, датчики измеряют параметры не точно, а с некоторой ошибкой, пусть и малой. В этом случае говорят о «шумах измерений» по аналогии с шумами в радиотехнике, которые искажают сигналы.
Подводя итого, можно нарисовать структурную схему системы управления так:
Например, в системе управления курсом корабля
- объект управления – это сам корабль, находящийся в воде; для управления его курсом используется руль, изменяющий направление потока воды;
- регулятор – цифровая вычислительная машина;
- привод – рулевое устройство, которое усиливает управляющий электрический сигнал и преобразует его в поворот руля;
- датчики – измерительная система, определяющая фактический курс;
- внешние возмущения – это морское волнение и ветер, отклоняющие корабль от заданного курса;
- шумы измерений – это ошибки датчиков.

OLED шилд для контроллера WeMos D1 mini
Шилд OLED под WiFi-контроллер WeMos D1 mini с диагональю 0,66" и разрешением 64x..
120.14грн.
Watchdog и Arduino Uno
Зачем нужен watchdog (сторожевой таймер)? Сторожевые таймеры используются, чтобы исключить пзавис..
Кусачки PLATO 170
Долгоиграющие кусачки с удобными мощными ручкамиПрименяются при монтаже любительских электронных про..
128.62грн.
Драйвер трехфазного мотора ESC 30А
Драйвер для управления безколлекторными трехфазными двигателями для квадрокоптеровВыходной ток: до 3..
253.72грн.
Видео уроки Arduino
Курс уроков Arduino будет полезен любому исследователю окружающего мира ..