How to Code a PID Controller: A Comprehensive Guide (باللغة الإنجليزية)

تعلم كيفية ترميز وحدة تحكم تعريف المنتج باستخدام هذا الدليل الشامل. فهم مبادئ التحكم في تعريف الهوية الشخصية، وإعداد بيئتك، وتنفيذ الخوارزمية، وضبط وحدة التحكم، واختبارها بفعالية.

1. المقدمة

المتحكم التناسبي المتكامل المشتق (PID) هو آلية حلقة إلكترونية تستخدم على نطاق واسع في أنظمة التحكم الصناعية. تقوم حلقة التحكم هذه بحساب قيمة الخطأ باستمرار على أنها الفرق بين النقطة المحددة المطلوبة وقيم متغيرات العملية المقيسة وتطبق التصحيح على أساس الحدود النسبية والمتكاملة والمشتقة لتحقيق استقرار حلقة التحكم. تلعب أجهزة التحكم في تعريف الهوية الشخصي دورًا أساسيًا في الروبوتات وأنظمة السيارات وتطبيقات التحكم في العمليات على حد سواء.

2. فهم التحكم في معرِّف المعلمات

تستخدم عملية التحكم في تعريف المنتج ثلاث إستراتيجيات منفصلة للتنظيم: نسبية، متكاملة ومشتقة. التناسبي مصمم لإنتاج مخرجات تتناسب مع قيم الخطأ الحالية ؛ تتبع متكامل للأخطاء الماضية المتراكمة على مر الزمن بينما تتنبأ نظرية الاشتقاق بالأخطاء المستقبلية بتتبع التغيرات على مر الزمن استنادا إلى نماذج معدل التغير ؛ من الناحية الرياضية، تبدو معادلة معرِّف المعلمات مثل:

$$على سبيل المثال: urmari u(t) = K_p + E(t) + K_i >Int E(t) dt+ K_d >Int e(t)dt to$$* خرج التحكم، E(t)، K(P، I و D(K(P iD Kd (KP I D Kp K_p I Ki و Kd هي مكاسب نسبية ؛ الخطأ (e(t)، والمكاسب (P K_p) و K_p و I و K(p)، على النحو المبين أعلاه في هذا الفرع ؛ هذه المكاسب (K)، هي تكاملية تناسبية نسبية ومكاسب مشتقة على التوالي ؛ هذه المكاسب (P و I و K(d)، كما هو موضح سابقا في هذه الصفحة).

3. تهيئة البيئة

من أجل كتابة وحدة تحكم تعريف الهوية الشخصية، it' s ضروري لاختيار وإعداد لغات وبيئات البرمجة المطلوبة -مثل C أو Python أو Arduino لتنفيذ الأجهزة -جنبا إلى جنب مع اختيار أي متحكم دقيق مطلوب مثل Raspberry Pis.

4. أقوم بتشفير جهاز التحكم في الهوية الشخصية

تهيئة المتغيرات: تحديد مكاسب تعريف المعلمات و نقطة التحول. 2.

تطبيق خوارزمية تعريف المنتج (* حسابات المخرجات النسبية على أساس الخطأ الحالي).

* المدى التكاملي: تجميع الأخطاء مع مرور الوقت لحساب مخرجات تكاملية.

* مدة الاشتقاق: حساب معدل تغير الخطأ للوصول إلى ناتج المشتقات.

1. الجمع بين الشروط: عند إنشاء خرج التحكم النهائي، يتم دمج المخرجات النسبية والمتكاملة والمشتقة معًا في نتيجة إجمالية واحدة.

فيما يلي مثال مقتطف لرمز C:

يتم تكوين المتحكم في C 1.0 Kp و Kd = 0.01 و Ki = 0.1 مع Setpoint = 100.0 بحيث تعطي Kp = 1 و Ki 0.1 و Kd 0.01. الخطأ السابق = 0.00 و التكامل هو 0.

5. الفحص والتنقيح

حساب مزدوج (المدخلات المزدوجة)، اثنين من مصطلحات الخطأ يتم تعريفها: الخطأ = نقطة محددة -المدخلات والتكامل + الخطأ هي نفسها في حين أن مشتقتها تساوي الخطأ السابق

الإخراج المزدوج = خطأ Kp * + Ki * التكامل + Kd* المشتقات مع معدل خطأ أولي كما هو محدد أعلاه والخطأ السابق كمعدل الخطأ السابق وإخراج الإرتداد (); quot; (KD أو KN أو KB حسب الاقتضاء)..

ضبط وحدة تحكم معرفات المعلمات يتضمن ضبط مكاسب K_p و K_i و K_d من أجل تحقيق استجابة النظام المطلوبة. وهناك نهج ضبط شائع يستخدم طريقة زيغلر -نيكولز التي تحدد المكاسب على أساس استجابة النظام لمدخلات الخطوة ؛ قد تتضمن النصائح العملية بدء مكاسب صغيرة مع زيادتها تدريجيًا أثناء مراقبة سلوك النظام.

6. الفحص والتنقيح

يتضمن اختبار جهاز تحديد الهوية الشخصي محاكاته في بيئة معزولة قبل اختباره مع الأجهزة الفعلية للكشف عن المشاكل الشائعة مثل التذبذبات، والتجاوز، وأوقات الاستجابة البطيئة. بمجرد أن تمر هذه المرحلة، يتضمن تصحيح الأخطاء ضبطًا دقيقًا لمكاسب تعريف المنتج مع التحقق من أخطاء التنفيذ.

7. خاتمة

يتضمن ترميز وحدة التحكم في تعريف الهوية الشخصية فهم مبادئها، وإعداد بيئتك، وتطبيق خوارزمية تعريف الهوية الشخصية، وضبط وحدة التحكم واختباره قبل المضي قدماً في تطوير هذا النوع من البرامج. باتباع هذه الخطوات يمكنك بنجاح بناء وحدات تحكم في تعريف المعلمات قوية ومناسبة لمختلف التطبيقات.

المزيد من القراءة والموارد

* مبادئ وأساسيات المراقب المالي لنُهج تحديد الهوية الشخصية ؛ Arduino PID Implementation Tutorial (باللغة الإنجليزية)

* تنفيذ وحدة تحكم تعريف المنتج باستخدام أردوينو: http://backlinko.com/google-e-e-a-t

* وحدة تحكم تعريف المنتج في C: كيفية التنفيذ://boostability.com/resources/google-e-e-a-t-guide/