How to Implement a PID Controller: Step-by-Step Guide for Precise Control (باللغة الإنجليزية)

تعلم كيفية القيام بذلكوحدة التحكم في تعريف المعلماتمع دليلنا الشامل. اتبع التعليمات خطوة بخطوة لتحقيق تحكم دقيق في تطبيقاتك. مثالي لأنظمة التشغيل الآلي الصناعية والبيتية.

1. المقدمة

وحدات التحكم النسبية المتكاملة المشتقة (PID) هي أجزاء أساسية من أنظمة التحكم المختلفة، وتساعد على الحفاظ على المخرجات المطلوبة من خلال إجراء تعديلات تعتمد على التغذية الراجعة والتحكم في المدخلات وفقًا لحلقات التغذية الراجعة. يقدم هذا الدليل نظرة عامة شاملة حول تنفيذ وحدات تحكم تعريف المنتج بدقة لتلائم تطبيقاتك مع ضمان تحكم مستقر ودقيق للتصنيع والروبوتات وصناعات التحكم في العمليات على حد سواء أصبحت أجهزة التحكم في أجهزة تعريف الهوية الشخصية منتشرة في كل مكان بسبب استقرارها ودقتها -وقد تم استخدام هذه الأنواع من حلول التحكم في صناعات مثل الطيران!

2. فهم التحكم في معرِّف المعلمات

يستخدم التحكم في تعريف المنتج ثلاثة مكونات تعمل في تناغم: التحكم التناسبي والمتكامل والمشتق. ويتناول كل من هذه الضوابط جوانب مختلفة من عملية الرقابة: تتشابك الضوابط النسبية (التناسبية) والشاملة والمشتقة في جميع أجزاؤها.

التكاملية (I): يراكم هذا المكون أخطاء الماضي للمساعدة في ضمان وصول النظام إلى النقطة المحددة عن طريق القضاء على أخطاء الحالة الثابتة والتوصل إلى التوازن.

* الاشتقاق (D): يتنبأ هذا المكون بالأخطاء المستقبلية على أساس معدل تغيرها، مما يوفر أثراً مخمداً ويساعد على منع تجاوز الحد والتذبذبات.

يمكن تمثيل المعادلة رياضيا على النحو التالي: لكل فترة زمنية: U(t)=K_p e(t)، + K_i inte e(t)، و K_d تحت c dde(t).

إن التحكم في تعريف التفاقم الحلزوني يقدم العديد من المزايا التي قد تتفوق عليها التوجهات البديلة فيما يتصل بالحفاظ على الاستقرار: ذلك أن سرعة الاستجابة وانخفاض التذبذبات بعض الشيء. وقد أثبتت مرارا وتكرارا فيما يتعلق بمسائل الاستقرار، فضلا عن انخفاض التذبذب بشأن أساليب التنظيم الأخرى.

3. المكونات والأدوات اللازمة

ستكون المكونات والأدوات التالية ضرورية لتنفيذ وحدة تحكم تعريف المنتج: * وحدة تحكم تعريف المنتج المنتج أجهزة أو برامج: اعتمادًا على متطلبات التطبيق الخاصة بك، قد يتطلب الأمر استخدام أجهزة مخصصة للتحكم في تعريف المنتج أو تطبيق خوارزميتها في البرنامج.

* أجهزة الاستشعار: ترصد هذه الأجهزة متغيرات العمليات مثل درجة الحرارة أو الضغط أو السرعة لتوفير التغذية المرتدة إلى المتحكم في خاصية تعريف المنتج.

* المشغِّلات: تقوم المشغِّلات (مثل المحركات والصمامات) بإجراءات التحكم التي يحددها المتحكم في بطاقة تعريف المنتج.

* المتحكم الدقيق أو PLC (المتحكم المنطقي القابل للبرمجة): يعالج هذان الجهازان بيانات أجهزة الاستشعار وينفذا خوارزميات تعريف المنتج الشخصي من أجل التشغيل السليم للأنظمة.

* أدوات ومواد التوصيلات الكهربائية: مثل الأسلاك والوصلات ومواد العزل المستخدمة في التوصيلات الكهربائية.

4. تصميم جهاز التحكم في الهوية الشخصية

الخطوة الأولى في تصميم جهاز التحكم في الهوية الشخصية

حدد النتائج/نقطة الوصول المستهدفة

حدد الأهداف التي يمكن قياسها بوضوح، مثل الحفاظ على درجة الحرارة أو مستويات السرعة داخل نظامك. يجب أن يكون هدفك من السيطرة مفهوماً بسهولة لمن هم بالخارج.

الخطوة الثانية: اختر جهاز تحكم تعريف المعلمات الخاص بك

لاختيار وحدة التحكم الخاصة بك، يجب الأخذ في الاعتبار نماذج تعريفات المعلمات القائمة على الأجهزة أو البرامج. تعمل نماذج الأجهزة بشكل مستقل في حين يمكن دمج إصدارات البرامج في المتحكمات الدقيقة أو PLCs للتنفيذ.

الخطوة 3: إعداد معلمات تعريف المنتج لتعيين القيم الأولية للمكاسب النسبية والشاملة والمشتقة -هذه سوف تحتاج إلى ضبطها في وقت لاحق للحصول على الأداء الأمثل.

5. تنفيذ جهاز مراقبة الهوية الشخصية

الخطوة 1: توصيل المستشعرات والمشغلات قم بتوصيل المستشعرات بطرفي الإدخال والمشغلات بطرفي الإخراج بوحدة التحكم في تعريف المعلمات للتأكد من أن جميع التوصيلات آمنة ومعزولة بشكل مناسب

الخطوة 2: برمجة وحدة التحكم الدقيق أو PLC.

كتابة كود يمكنه قراءة بيانات المستشعر، وحساب خرج تعريف المعلمات والتحكم في المشغلات. تأكد من أن هذا الكود يتضمن قدرات معالجة في الوقت الحقيقي مع وظيفة خوارزمية تعريف المنتج الحقيقي وقدرات معالجة البيانات في الوقت الحقيقي.

الخطوة 3: دمج خوارزمية تعريف الهوية الشخصي

لإكمال الخطوة الثالثة، دمج خوارزمية تعريف الهوية الشخصي في حلقة التحكم من خلال القراءة المستمرة لبيانات المستشعر، وحساب الأخطاء، وإجراء التعديلات على أساس معادلة تعريف الهوية الشخصي.

6. ضبط جهاز التحكم في الهوية الشخصية

ضبط مؤشرات تعريف المنتج أمر بالغ الأهمية للوصول إلى الأداء الأمثل. هناك طرق مختلفة متاحة للضبط:

* طريقة زيغلر -نيكولز: نهج ضبط إرشادي تتساوي فيه المكاسب المتكاملة والمشتقة والتناسبية وتزاد إلى أن يبدأ تذبذب النظام ؛ ثم استخدام قيمة المكسب النهائية وفترة التذبذب كمعلمات إدخال لحساب معلمات تعريف المعلمات.

منهجية التجربة والخطأ: التعديل اليدوي لمعلمات تعريف الهوية المسبق أثناء مراقبة استجابة النظام الخاصة بهم هو نهج آخر قد يؤدي إلى نتائج إيجابية، ولكن هذا يتطلب الصبر والخبرة للحصول على نتائج مثالية.

* أدوات البرمجيات: يمكن أن تتضمن أدوات التحكم في بيانات تعريف المنتج أدوات برمجية للمساعدة في ضبط العمليات، مما يجعلها أبسط وأسرع لتحقيق الأداء الأمثل.

الفحص والتحقق

الخطوة الأولى: محاكاة نظام التحكم

استخدام أدوات المحاكاة للتشغيل من خلال محاكاة جهاز التحكم في تعريف الهوية الشخصية قبل نشره بالفعل في نظام فعلي، للكشف عن المشاكل المحتملة في وقت مبكر وإجراء التعديلات اللازمة دون مخاطر على النظم المادية.

الخطوة الثانية: إجراء اختبار العالم الحقيقي

للتحقق من صحة وحدة تحكم تعريف المنتج ضمن بيئتها الفعلية ورصد كيفية استجابتها ضد معايير محددة.

الخطوة 3: المراقبة والضبط

مواصلة رصد النظام مع إجراء أي تعديلات ضرورية على معلماته كجزء من جهود الصيانة والمعايرة المنتظمة للحفاظ على تشغيل كل شيء بكفاءة. فالفحص المنتظم للنظم سيحافظ على سير الأمور بسلاسة.

7. حل المشكلات الشائعة

قد يطرح تنفيذ جهاز مراقبة لتحديد الهوية الشخصية عدة عقبات وصعوبات فريدة ؛ وإليكم بعض المشاكل الرئيسية وحلولها الممكنة:

* التذبذبات: إذا كان النظام يتذبذب أكثر من اللازم، فإن مكاسبه النسبية قد تكون مرتفعة أكثر من اللازم ؛ لتقليل التذبذبات مزيد من خفض هذا المكسب أو زيادة كسب الاشتقاق لتخفيف التذبذبات.

* الاستجابة البطيئة: إذا كان نظامك يستجيب ببطء شديد، فإن مكاسبه المتكاملة قد تكون منخفضة للغاية -فزيادة هذا الرقم من شأنه أن يسرّع من زمن الاستجابة ويسرع الاستجابة.

* خطأ الحالة الثابتة: إذا كان النظام لا#وإذا لم تصل إلى النقطة المحددة، فإن مكسبها المتكامل قد يكون منخفضاً للغاية -وفي مثل هذه الحالات، ينبغي زيادتها أن تقلل من أخطاء الحالة الثابتة وتصححها.