آنچه یک سیستم حلقه بسته را می سازد

یک سیستم حلقه بسته یک معماری کنترل بازخورد است که به طور مداوم رفتار خود را بر اساس تفاوت بین خروجی اندازه گیری شده و یک نقطه مطلوب تنظیم می کند. اجزای اساسی شامل یک سنسور برای ضبط خروجی، یک کنترل کننده برای محاسبه اصلاح، و یک محرک برای اعمال دقیق آن الگوریتم کنترل در داخل کنترل کننده - چه یک سنسور کلاسیک -inegralegator-ivator (ID) یک اختلال سریع تر (C) و دقیق تر - چگونه یک سیستم کنترل کننده پیشرفته تر -

پایه ریاضی کنترل حلقه بسته ریشه در بازخورد منفی دارد.سیستم مقایسه خروجی واقعی به ورودی مرجع، تولید یک سیگنال خطا، و اعمال یک اقدام کنترل است که کاهش آن خطا است. این مکانیسم اصلاح خود را باعث می شود سیستم های حلقه بسته به اختلالات خارجی و تغییرات پارامتر بدون بازخورد، یک سیستم حلقه باز بدون بازخورد، بدون پیش بینی، با بازخورد، و سرعت ثابت از آن، و تعیین کننده زمان به طور مستقیم، به عنوان عوامل کیفیت ثابت، نیاز دارد.

کنترل حلقه بسته همه جا است.این دمای یک راکتور شیمیایی، موقعیت بازوی روباتیک، خروجی ولتاژ یک منبع برق و ارتفاع یک پهپاد را اداره می کند، زیرا صنایع به سمت عملکرد بالاتر و استقلال حرکت می کنند، الگوریتم هایی که این حلقه ها را پیچیده تر می کنند - شامل دستیابی سازگار، ناظران دولتی و مدل های پیش بینی شده است، با این وجود، هنوز تغییر نکرده است: اندازه گیری، تکرار، و اصلاح، تکرار، و اصلاح، تکرار می شود.

مزیت منبع باز: چرا شفافیت تغییر می کند کنترل

الگوریتم های منبع باز به مهندسان امکان می دهند تا به روند تصمیم گیری یک کنترل کننده حلقه بسته دسترسی پیدا کنند، بر خلاف سیستم عامل اختصاصی که به عنوان باینری ارسال می شود، کد منبع باز هر شاخه، پارامتر و مسیر منطق را افشا می کند.این شفافیت صرفا یک راحتی نیست؛ این یک دارایی استراتژیک برای نوآوری، ایمنی و کاهش هزینه است.

قابلیت حسابرسی کامل برای سیستم های ایمنی

در صنایعی که شکست غیرقابل قبول است – تهویه کنندگان پزشکی، کنترل پرواز هواپیما، سیستم های ترمز خودکار – توانایی بازرسی منطق کنترل بسیار مهم است. الگوریتم های منبع باز اجازه می دهد تا تأیید مستقل از چگونگی رسیدگی موارد لبه، به عنوان مثال، یک پیاده سازی منبع باز می تواند حسابرسی شود تا تأیید کند که باد یکپارچه به درستی مورد توجه قرار گرفته است، که منطق ضد کاهش در اشباع درگیر می شود و همه موارد بررسی عددی که اغلب باعث خرابی های خط باز می شود؛ این قابلیت های اعتباری پایین می شود.

سفارشی سازی بدون فروشنده Lock-In

هنگامی که یک سیستم حلقه بسته به یک الگوریتم اختصاصی بستگی دارد، متخصص به چرخه انتشار فروشنده گره خورده است. درخواست های کاربردی، رفع اشکالات و پچ های بهینه سازی به اختیار فروشنده می آید.کد منبع باز می تواند سرعت تعمیر، اصلاح و تکرار امضاهای مجدد توسط هر تیم با مهارت های لازم را تغییر دهد. یک OEM خودرو در حال توسعه یک فرمان کنترل کننده برق می تواند یک الگوریتم واحد برای تعمیر و تعمیر و نگهداری منبع خاص را حذف کند.

کیفیت و بررسی پیشرفته جامعه و Peer

کتابخانه های کنترل منبع باز توسط هزاران مهندس در محیط های مختلف آزمایش می شوند - از هواپیماهای بدون سرنشین سرگرمی گرفته تا شبیه ساز های راکتور هسته ای.یک بی ثباتی عددی که ممکن است در یک آزمایشگاه شرکت بسته برای ماه ها بی نظیر باشد، اغلب در عرض چند ساعت در یک جامعه بزرگ سیستم کنترل ابزار باز شناسایی و وصل می شود: فرآیند بررسی جمعی نه تنها اشکالات را جذب می کند، بلکه بهترین شیوه ها برای تنظیم پارامتر، الگوهای سازگاری و سخت افزار (For) ساخت شده است که توسط سیستم عامل GLT2 "سیستم های کنترل کننده های بزرگ "سیستم های فعال سازی شده است.

هزینه کلی مالکیت

سود فوری منبع باز هزینه مجوز صفر است، اما پس انداز بزرگتر از هزینه های تعمیر و نگهداری سالانه، سلطنتی دستگاه و مسیرهای ارتقاء گران قیمت می آید. شرکتی که 100،000 سنسور IoT را با کنترل حلقه بسته می سازد می تواند میلیون ها دلار در هزینه های مجوز صرفه جویی کند، این پس انداز ها می توانند به سمت بهبود سخت افزار، سنسورهای اضافی یا کیفیت بالاتر هدایت شوند - به طور مستقیم بهبود عملکرد سیستم علاوه، کد باز، اغلب زمانی که نیروهای مهاجرت اختصاصی متوقف می شوند.

برنامه های کاربردی در سراسر صنایع

الگوریتم های منبع باز در حال تبدیل طراحی سیستم حلقه بسته در تقریبا هر حوزه مهندسی هستند.بخش های زیر نشان می دهد که چگونه صنایع خاص قدرت باز کنترل منطق برای دستیابی به نتایج برتر.

اتوماسیون صنعتی و تولید

کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) از نظر تاریخی سیستم عامل اختصاصی را اجرا می کنند، اما پروژه های منبع باز مانند OpenPLC در حال حاضر ارائه می دهند زمان های سازگار با استانداردها در سخت افزار کالا، فاکتورها از این چارچوب ها برای پیاده سازی کنترل دمای حلقه بسته، تنظیم سرعت نقاله و موقعیت بازوی رباتیک استفاده می کنند، زیرا الگوریتم منبع باز است، مهندسان کارخانه می توانند منطق رمزگذاری شده و پیش بینی را بدون استفاده کنند.

  • مطالعه موردی: یک تولید کننده لاستیک متوسط جایگزین یک کتابخانه PID اختصاصی با یک پیاده سازی منبع باز، کاهش هزینه های مجوز توسط 70٪ و کاهش زمان کمیسیون تا 40٪ آسان تر بود برای انطباق با میراث PLC ها زیرا عایق ها می توانند به طور مستقیم الگوریتم را برای رسیدگی به منحنی های پاسخ غیر استاندارد تغییر دهند.
  • مثال: یک شرکت ماشین آلات بسته بندی یکپارچه کنترل پیش بینی مدل باز برای یک سیستم چند محور سروو.توانایی دیدن و تنظیم افق MPC به طور مستقیم در کد منبع کاهش زمان تنظیم از هفته به روز و حذف وابستگی به ابزار بهینه سازی اختصاصی فروشنده اصلی سروو.

وسایل نقلیه مستقل

اتومبیل های خودران به یک آبشار از کنترل حلقه های بسته متکی هستند: کنترل زاویه، تنظیم ترول / الکس و تعلیق پروژه های منبع باز مانند آپولو (Baidu) و Autoware ارائه می دهد چارچوب های خودمختاری کامل از جمله درک، برنامه ریزی و کنترل الگوریتم ها، می توانند منطق دقیق استفاده شده برای lane را بررسی کنند و آن را اصلاح کنند تا سناریوهای استاندارد سازی شده را به طور ایمن تنظیم کنند.

تجهیزات پزشکی و بهداشت و درمان

سیستم های تحویل دارو حلقه بسته، مانند دستگاه های پانکراس مصنوعی، از داده های سنسور از مانیتورهای گلوکز مداوم برای تنظیم سرعت پمپ انسولین استفاده می کنند. الگوریتم های منبع باز مانند کسانی که در پروژه AndroidAPS بیماران و محققان را قادر می سازد تا منطق کنترل را مشاهده و سفارشی کنند، این باز منجر به تسریع سریع تر از استراتژی های منبع انسولین، بهبود کنترل گلیسمیک، و تجزیه و تحلیل ایمنی اجتماعی-share شده است.

سیستم های انرژی و قدرت

اینورترهای خورشیدی، کنترل کننده های زمین توربین بادی و سیستم های مدیریت باتری همگی به عنوان سیستم های حلقه بسته عمل می کنند.کد کنترل منبع باز، اغلب بر روی سیمولینک یا معادل منبع باز مانند Open Modelica ساخته شده اند، مهندسان را قادر می سازد تا حداکثر الگوریتم های ردیابی نقطه قدرت (MPPT) را برای انواع پانل های خاص تنظیم کنند یا برآورد دولتی بدون محدودیت مجوز را اجرا کنند.

ملاحظات فنی برای ادغام الگوریتم های منبع باز

در حالی که مزایای آن قانع کننده است، ادغام الگوریتم های کنترل منبع باز در سیستم های حلقه بسته نیاز به توجه دقیق به مجوز، عملکرد زمان واقعی، گواهینامه و نگهداری مداوم دارد.

پذیرش مجوز و مالکیت معنوی

همه مجوزهای منبع باز اجازه استفاده تجاری نامحدود را نمی دهند. GNU General Public License (GPL) نیاز به کارهای مشتق شده دارد که تحت همان مجوز توزیع می شوند، که می تواند با استراتژی های محصول اختصاصی تعارض داشته باشد. The Lesser GPL (LGPL) اجازه می دهد تا از کد اختصاصی در صورت ارتباط بودن کتابخانه، مجوز جداگانه، از جمله مجوز های Perft مانند MIT، Apache 2.0، و BSD استفاده کنند.

زمان واقعی تعیین کننده و عملکرد

بسیاری از سیستم های حلقه بسته نیاز به زمان تعیین کننده با دقت سطح میکرو ثانیه دارند. استاندارد لینوکس به طور ذاتی زمان واقعی نیست، بلکه پچ هایی مانند PREEMPT RT و سیستم عامل زمان واقعی (RTOS) مانند FreeRTOS و Zephyr می توانند کد منبع باز را با تعیین کننده مورد نیاز اجرا کنند: انتخاب یک RTOS که از سخت افزار هدف پشتیبانی می کند؛ اجرای واقعی (مانند مسدود کردن منبع باز و مسدود کردن داده ها) استفاده می کند.

تست، اعتبار و گواهینامه

در صنایع ایمنی بحرانی (کد ایزو 26262، پزشکی IEC 62304، هوافضا DO-7.1C)، نرم افزار باید برای ایمنی عملکردی گواهی شود. الگوریتم های منبع باز می توانند در صورت توسعه تحت یک فرآیند ایمنی، اما بار شواهد با استفاده از سیستم های تأیید شده RT62 گواهی شوند.

نگهداری مداوم و بهداشت جامعه

پروژه های منبع باز در طول عمر طولانی مدت خود متفاوت است.یک کتابخانه با چند مشارکت کننده و متعهدان احتمالی ممکن است به رکود یا بدون نگهداری تبدیل شود. Mitigation: ارزیابی معیارهای سلامت پروژه (تعداد مشارکت کنندگان فعال، متعهد فرکانس، زمان پاسخگویی اختصاص داده شده) برای سیستم های ماموریت، جذب ارائه دهندگان پشتیبانی تجاری برای اجزای منبع باز کلیدی (به عنوان مثال، سیستم های مجازی، سیستم های کنترل باز، سیستم های باز، نوار خصوصی مجازی، نوار باز، یا باز).

آینده چشم انداز: روند هماهنگ

سه روند هماهنگ سازی سرعت پذیرش الگوریتم های منبع باز در سیستم های حلقه بسته را تسریع می کند.اول، محاسبات لبه منابع محاسباتی قدرتمند را به طور مستقیم بر روی محرک ها و سنسورها قرار می دهد، و آن را عملی می کند تا الگوریتم های کنترل پیچیده را اجرا کند که همیشه برای کنترل های سیستم عامل اصلی ذخیره شده اند، این قابلیت ها را فراهم می کند، کنترل منبع واقعی، کنترل سازگار، و یادگیری ماشین آلات در لبه، همه بر اساس باز، به طور طبیعی باز است.

شرکت هایی که الگوریتم های کنترل خود را به عنوان اسرار تجاری حفظ کرده اند، در حال حاضر بخش های به طور انتخابی باز منبع از پشته های خود را. تسلا ثبت اختراع مربوط به مدیریت باتری و کنترل شارژ را منتشر کرده اند. بوش کد را به گروه کار Eclipse IoT کمک کرده است، این الگو روشن است: به اشتراک گذاری الگوریتم ها مزیت رقابتی نیست - آن را ایجاد یک اکوسیستم از پذیرش کنندگان، توسعه دهندگان، و محصولاتی که رشد بازار را به طور کلی، و سیستم های قابل اعتماد تر می کند، و سیستم های توسعه دهندگان را ادامه می دهد.

نتیجه گیری

الگوریتم های منبع باز صرفاً جایگزین نرم افزار کنترل اختصاصی نیستند؛ آنها در حال تبدیل شدن به پایه ترجیحی برای نوآوری سیستم حلقه بسته هستند. شفافیت، سفارشی سازی و تضمین کیفیت مبتنی بر جامعه است که به طور مستقیم به چالش های فشار آور در اتوماسیون مدرن می پردازند: ایمنی، امنیت، هزینه و سرعت صنایع توسعه که منطق کنترل منبع باز را در بر می گیرند سیستم هایی هستند که آسان تر می شوند، و سریع تر بهبود می یابند و نه تنها به عنوان یک سیستم های قابل اعتماد تر، بلکه به عنوان یک تغییر باز، بلکه به عنوان یک نقش قابل اعتماد تر و بازتر و باز، ادامه می دهند.