A Guide to Reducing Overshoot on PID Controls.

أولا -مقدمة إلى تجاوز الهدف والتحكم في تحديد الهوية الشخصية

وتعتمد العمليات الصناعية الحديثة والتطبيقات التكنولوجية ونظم الأتمتة على نظم التحكم والأتمتة. تتيح هذه الأنظمة إدارة وتنظيم الأنظمة الديناميكية بدقة. ويمكن أن تتراوح هذه النظم من الإلكترونيات الدقيقة داخل المنتجات الاستهلاكية إلى العمليات الضخمة في مصانع التصنيع أو الهياكل الأساسية الحيوية. في قلب العديد من استراتيجيات السيطرة الناجحة يكمن المشتق التناسبي المتكامل، المعروف باسم المتحكم PID. المتحكم بي آي دي#الغرض الأساسي من 39 هو قياس متغير العملية، أو PV (القياس الحالي)، ومقارنتها بقيمة نقطة محددة (SP)، الهدف المطلوب. ثم يضبط مدخلات النظام لتقليل الفرق (المعروف باسم الخطأ). على الرغم منوحدات التحكم في تعريف المعلماتيمكن أن تكون فعالة للغاية في تحقيق هذا الهدف، فهي ليست دائما مثلى. التجاوز هو مشكلة شائعة. عندما يتجاوز متغير العملية النقطة المحددة المطلوبة لفترة قصيرة قبل الاستقرار، فإنه يسمى تجاوز الحد. قد يكون تجاوز الهدف غير مرغوب فيه، حتى لو كان حتميًا في بعض الأحيان. وهذا يمكن أن يسبب عدم استقرار وتلف ميكانيكي. كما أنه يبطئ العملية. ومن الأمور الحاسمة الأهمية فهم أسباب تجاوز الحد والتقنيات التي يمكن استخدامها للتقليل منه من أجل تحقيق الأداء الأمثل لتطبيقات تعريف المعلمات. وسوف يستكشف هذا الدليل أسباب تجاوز إضطراب الشخصية التنفسية ويقدم مجموعة متنوعة من الاستراتيجيات والطرق للحد من هذه الظاهرة غير المرغوبة.

ص. لماذا يحدث تجاوز الحد في التحكم في تعريف المنتج؟

تفاعل المكاسب Kp و Ki و Kd (controller&#مكاسب 39;s) يحدد سلوك النظام الذي يتحكم فيه PID. تتكون خوارزمية تعريف الهوية الشخصي من العديد من المصطلحات، لكل منها مساهمتها الخاصة. قد يؤدي الضبط غير الصحيح إلى تجاوز الهدف وعدم الاستقرار.

استجابات تعريف الهوية الشخصي مبنية على المدى النسبي (P). الخرج يتناسب مع الخطأ الحالي. إذا كان الخطأ مرتفعًا، فمن المنطقي أن تدفع المصطلحات النسبية النظام لإجراء التصحيحات بشكل أسرع. يمكن أن تساعد المكاسب النسبية الأعلى (Kp)، التي تؤدي إلى استجابات أقوى، في تقليل الخطأ بسرعة. بيد أن هذا التصحيح السريع قد يثير المشاكل. يمكن أن يؤدي ارتفاع Kp إلى تجاوز متغير العملية للنقطة المحددة إذا كان النظام لديه قصور ذاتي متأصل أو تخميد كبير. يحدث تجاوز الحد بسبب هذه الخاصية المتأصلة.

هذا المصطلح (د) يضيف طبقة إضافية من المعلومات الاستباقية. المشتقة (D) المدى حساب المعدل الذي الخطأ يتغير وينتج مخرجا في مقابل هذا المعدل. تخيل أنها قوة تطبق لمحاولة منع المتغير في العملية من تغيير الاتجاهات بسرعة. القوة المقابلة هي مثل المثبط. من خلال منع النظام من تجاوز النقطة المحددة، سيقلل مصطلح D المضبوط بشكل صحيح من تجاوز الحد بشكل كبير. المصطلح D يخفف من الاستجابة ويساعد النظام على الاستقرار بشكل أكثر دقة. المصطلح D حساس جدا للضوضاء. يمكن أن يزيد مصطلح D من الضوضاء إذا كانت إشارات الاستشعار تحتوي على تقلبات سريعة. وهذا يمكن أن يؤدي إلى تصحيحات لا يمكن الاعتماد عليها، مثل عدم الاستقرار أو تجاوز الهدف. حساسية نظام التحكم أمر بالغ الأهمية ويجب ضبطها بعناية.

التكامل (I)، من ناحية أخرى، يعالج جانبا آخر من جوانب الخطأ. المصطلح المتكامل يحسب الخطأ التراكمي. سيزيد المصطلح المتكامل من إخراج وحدة التحكم إذا استمر الخطأ، بغض النظر عن صغر حجمه. وهذا يدفع النظام إلى العمل بجد أكبر، حتى يتم تصحيحه. وهو الهدف الأساسي من I-term لإزالة خطأ الحالة الثابتة وضمان وصول متغير العملية إلى نقطة ضبطها. المصطلح الأول، في حين أنه مفيد للغاية، يمكن أن يساهم بشكل غير مباشر في تجاوز الهدف. المصطلح المتكامل، بإضافة قوى محركة كبيرة، يمكن أن يتجاوز النقاط المحددة، خاصة إذا كانت ديناميكيات النظام تمنع شروط P أو D من مواجهة إجراءات التكامل بسرعة كافية. بل يتعلق بتراكم القوى الدافعة مع مرور الوقت. ومع ذلك، فإنه يمكن أيضا أن تتفاعل مع D و P المصطلحات وتسبب تذبذبات أو تجاوز، إذا أصبح Ki عالية جدا، أو إذا لم يتم فهم ديناميات النظام.

وتؤثر الخصائص المتأصلة في عملية الضبط تأثيراً شديداً على سلوك اضطراب الهوية التوليفي. وهذا يشمل تجاوز الهدف. ترتيب النظام (أي من الدرجة الأولى أو الدرجة الثانية)، وتردده الطبيعي ونسبة التخميد كلها عوامل مهمة. من المرجح أن يحدث تجاوز الحد في نظام يحتوي على تخميد منخفض وتردد طبيعي مرتفع. من المهم فهم هذه الديناميكيات من أجل الضبط الفعال. تقليل تجاوز الحد من خلال موازنة مكاسب معرّف المعلمات بعناية إذا كانت العملية ذات تخميد منخفض أو متذبذبة.

الثالث. التركيز على طرق الضبط الأساسية للحد من تجاوز الهدف

يمكن معالجة تجاوز الهدف مباشرة عن طريق ضبط مكاسب معرفات البيانات الشخصية، أي النسبية (Kp)، المتكاملة (Ki) والمشتقة (Kd). يتم تعديل هذه المعلمات لتحقيق توازن بين الاستجابة والاستقرار والتخميد. من أجل الحد من تجاوز الحد، وعادة ما يتم تعديل Kp و Ki أولا. ثم يتم ضبط Ki في المقام الأول من أجل القضاء على خطأ الحالة الثابتة بعد أن أصبح النظام مستقر بشكل معقول.

وكثيراً ما يكون أول ما يتعين علينا أن نقوم به هو تعديل الربح النسبي. تقليل سرعة الخلايا سوف يبطئ من استجابة النظام. يمكن للنظام أن يستقر بشكل أبطأ عن طريق إبطاء سرعته. وهذا يقلل من الطاقة التي يمكن أن تؤدي إلى تجاوز الهدف. هذا يأتي بثمن. ويعني تباطؤ وقت الاستجابة أن النظام سيستغرق وقتًا أطول للوصول إلى النقطة المحددة له. وعلاوة على ذلك، فإن الحد من Kp قد لا يزيل خطأ الحالة الثابتة تماما. المكسب المتكامل (Ki)، وهو الفرق بين متغير العملية وقيمة النقطة المحددة، يأتي في اللعب مع هذا الخطأ. تقليل Kp يقلل P&#تأثير 39 وغالبا ما يتطلب الحذر كي الضبط. قد يساعد انخفاض حدة التمدد في تثبيط الاستجابة وتقليل تجاوز الحد. بيد أن هذا لا يكفي لوقف الخطأ. ومن الأهمية بمكان أن ندير المفاضلة.

يلعب المشتق (Kd)، وهو عنصر أساسي في الحد من تجاوز الحد، دورًا هامًا. يتم زيادة تأثير تخفيف زيادة Kd. D يتوقع الأخطاء في المستقبل على أساس سرعة تغيير الخطأ. يولد المصطلح D تغييرًا يعارض الزيادة السريعة في الخطأ (والتي يمكن أن تكون مصحوبة في كثير من الأحيان بتجاوز الحد). ولنتخيل الأمر وكأنه قوة تطبق على النظام تمنع ميله إلى تجاوز الهدف. تخفف القوة المقابلة التذبذبات، مما يمهّد الاستجابة. الحد من تجاوز الحد عن طريق تقليل التذبذبات في المقام الأول. ومع ذلك، فإن ضبط Kd يتطلب النظر بعناية. تعمل زيادة Kd على تحسين استقرار المركبة وتقليل التجاوز. ومع ذلك، فإن الكثير من D-action يمكن أن يسبب مشاكل أخرى. قيم Kd العالية جدا يمكن أن تسبب ضجيج الاستشعار لتضخيم، مما يؤدي إلى سلوك غير منتظم. تصفية إشارة المستشعر يمكن أن تكون ضرورية لأن D حساسة للضوضاء في الترددات العالية. يتفاعل دي بسرعة مع الأخطاء. إن حساسية هذا المصطلح هي مزيج من القوة والضعف. ويحسب المدى D المعدل الذي يتغير فيه الخطأ. سينتج المدى D إشارة خرج كبيرة إذا تغير الخطأ بسرعة. وتساعد إشارة الخرج على تقليل تجاوز الحد عن طريق معارضة تغيير الخطأ. إذا تغير اتجاه الخطأ بشكل متكرر، فإن المدى D سينتج مخرجات كبيرة على العكس، مما قد يؤدي إلى التذبذب وعدم الاستقرار. وهو عائق مهم. لتجنب ذلك، ضبط Kd هو عملية دقيقة. D حساس جدا للضوضاء في الترددات العالية. سيضخم المصطلح D الضوضاء إذا كانت إشارات الاستشعار تحتوي على تقلبات سريعة. وهذا يمكن أن يؤدي إلى سيطرة غير موثوق بها. ويحسب المدى D مدى سرعة تغير الخطأ. يولد مصطلح D إشارة خرج كبيرة إذا زاد الخطأ بسرعة. وتساعد إشارة الخرج على تقليل تجاوز الحد عن طريق معارضة تغيير الخطأ. إذا تغير اتجاه الخطأ بشكل متكرر، فإن المدى D سينتج مخرجات كبيرة على العكس، مما قد يؤدي إلى التذبذب وعدم الاستقرار. وهو عائق مهم. ضبط Kd يتطلب ضبط دقيق. D حساس جدا للضوضاء في الترددات العالية. سيضخم المصطلح D الضوضاء إذا كانت إشارات الاستشعار تحتوي على تقلبات سريعة. وهذا يمكن أن يؤدي إلى سيطرة غير موثوق بها. ومن الضروري في بعض الأحيان تصفية إشارة المستشعر. D-المدى يحسب معدل تغيير الخطأ. يولد مصطلح D إشارة خرج كبيرة إذا زاد الخطأ بسرعة. وتساعد إشارة الخرج على تقليل تجاوز الحد عن طريق معارضة تغيير الخطأ. إذا تغير اتجاه الخطأ بشكل متكرر، فإن المدى D سينتج مخرجات كبيرة على العكس، مما قد يؤدي إلى التذبذب وعدم الاستقرار. وهو عائق مهم. ضبط Kd يتطلب ضبط دقيق. D حساس جدا للضوضاء في الترددات العالية. سيضخم المصطلح D الضوضاء إذا كانت إشارات الاستشعار تحتوي على تقلبات سريعة. وهذا يمكن أن يؤدي إلى سيطرة غير موثوق بها. في كثير من الأحيان، تصبح تصفية إشارة المستشعر ضرورية. D-المدى يحسب معدل تغيير الخطأ. يولد مصطلح D إشارة خرج كبيرة إذا زاد الخطأ بسرعة. وتساعد إشارة الخرج على تقليل تجاوز الحد عن طريق معارضة تغيير الخطأ. إذا تغير اتجاه الخطأ بشكل متكرر، فإن المدى D سينتج مخرجات كبيرة على العكس، مما قد يؤدي إلى التذبذب وعدم الاستقرار. وهو عائق مهم. ضبط Kd يتطلب ضبط دقيق. D حساس جدا للضوضاء في الترددات العالية. سيضخم المصطلح D الضوضاء إذا كانت إشارات الاستشعار تحتوي على تقلبات سريعة. وهذا يمكن أن يؤدي إلى سيطرة غير موثوق بها. قد يكون من الضروري تصفية إشارة المستشعر. D-المدى يحسب معدل تغيير الخطأ. يولد مصطلح D إشارة خرج كبيرة إذا زاد الخطأ بسرعة. وتساعد إشارة الخرج على تقليل تجاوز الحد عن طريق معارضة تغيير الخطأ.