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死區

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死區是指系統不動作的輸入信號範圍

死區(deadband、dead zone)有時也稱為中性區(neutral zone)或不作用區,是指控制系統传递函数中,對應輸出為零的輸入信號範圍。像伺服驅動器英语Servo drive中就會有死區來避免因為反覆的致能-不致能循環而造成的振盪(在比例控制系統中稱為hunting)。在機械系統中也有類似死區的概念,例如齒轮組中的背隙

死區運算子的輸入及輸出

稳压器

在一些變電站中有稳压器維持電壓在一定的範圍內,規格中就會有一個稳压器不會更動電壓的電壓範圍,例如112V至118V(死區為6V)或是215至225V(死區為10V)。

背隙

背隙是機械系統中的死區

齒轮中的背隙就是一種死區。當齒轮咬合恰好在背隙時,不論輸入軸正轉或是反轉,輸出軸都不會動作。等咬合不在背隙時,輸出軸才會隨著輸入軸而動作。例如輸入軸先順時針旋轉,再逆時針旋轉,在順時針旋轉切換為逆時針時,輸出軸會短暫一小段時間不動作,之後才會動作,這就是背隙的效果。像導螺桿英语Leadscrews都會有背隙,因此會有死區,在位置控制(特別是CNC系統)中需考慮其影響。若機構中沒有背隙消除裝置,控制器可以在更改方向時,在位置上自動加上背隙的量,以補償背隙的影響。

遲滯及死區

遲滯現象和死區不同,遲滯現象本身只有二個狀態,沒有類似死區不動作的狀態。遲滯現象類似系統有「記憶」,在某一條件下會維持之前的輸出值,像單態的自動調溫器以及煙霧警報器都是遲滯效應的例子。

自動調溫器

簡單的自動調溫器就有遲滯效應,例如自動調溫器設定在溫度低於18度時就會自動打開暖爐,在溫度高於22度時就會自動關閉暖爐,則18度到22度之間就是遲滯範圍,系統會維持原來的輸出狀態。

若自動調溫器設定單一溫度,而且自動控制冷氣及暖氣系統,就會在目標溫度附近有死區的設定。死區的溫度下限略高於暖氣系統啟動的溫度,死區的溫度上限略低於冷氣系統啟動的溫度,因此在死區範圍內,冷氣系統及暖氣系統都不會動作。

警報器

煙霧探測器中也有遲滯現象,例如煙霧探測器設定當煙霧程度超過x時啟動警報,當煙霧程度低於y時解除警報,煙霧探測器會回動恢復到正常狀態,x和y之間的範圍就是遲滯效應的區間。

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參考資料