How to Simulate a PID Controller in MATLAB: A Comprehensive Guide (باللغة الإنجليزية)

تعلموا كيف تقومون بذلكوحدة التحكم في تعريف المعلماتفي MATLAB مع هذا الدليل الشامل. اكتشاف خطوات إعداد MATLAB وبناء نماذج النظام وتصميم وحدات تحكم PID وتشغيل المحاكاة. مثالي جداً

  1. المقدمة

المتحكم التناسبي المتكامل المشتق (PID) هو آلية تغذية راجعة أساسية في حلقة التحكم توجد على نطاق واسع في جميع أنحاء أنظمة التحكم الصناعية. ويوفر محاكاة جهاز تحكم من هذا القبيل باستخدام أداة MATLAB جزءاً هاماً من عمليتي التصميم والتحليل الخاصة به -ونأمل أن يؤدي اتباع هذه المقالة إلى جعل هذه العملية المتدرجة لمحاكاة أجهزة التحكم في أجهزة تحديد الهوية الشخصية سلسة ومباشرة قدر الإمكان!

قبل أن تبدأ

  2. لعب مع MatLAB و Simulink

للبدء، تأكد من تثبيت كل من MATLAB و Simulink على الكمبيوتر الخاص بك، وكذلك أي صناديق أدوات إضافية مثل صندوق أدوات نظام التحكم وصندوق أدوات تصميم التحكم في Simulink إذا أمكن ذلك ؛ توفر هذه الأنظمة جميع الوظائف والكتل اللازمة لتصميم ومحاكاة أنظمة التحكم.

تركيب صناديق الأدوات المطلوبة: بعد الدخول إلى MATLAB، انتقل إلى قائمة الأدوات الإضافية الخاصة به وابحث عن صناديق الأدوات المطلوبة ؛ تثبيتها إن وجدت#تسعة وثلاثين.

 إنشاء نموذج محاكاة جديد: إطلاق نموذج محاكاة من داخل MATLAB عن طريق كتابة حبر محاكاة وإنشاء نموذجك الجديد عن طريق اختيار " فارغ نموذج في صفحة البداية.

  3. إنشاء طراز النظام

من أجل محاكاة وحدة تحكم معرِّف المعلمات (PID) باستخدام سيمولينك، يجب إنشاء نموذج نظام أولاً. ويتضمن ذلك إضافة وتكوين كتل فردية تمثل مكونات نظام التحكم الخاص بك.

إضافة الكتل: في نموذج سيمولنك الجديد، أضف هذه المكونات: * وظيفة النقل (TF): تمثل المصنع الذي ترغب في إدارته أو تشغيله ويجب أن تمثل نفسها باستخدام بنية البيانات المرتبطة بها (في هذا المثال: IFTEL/IFTF/DIF).

* إدخال الخطوة: يسمح بتغييرات الخطوة في المدخلات من أجل اختبار استجابة النظام.

* النطاق: يعرض استجابة النظام للنواتج.

داروي إعداد كتل المعلمات: انقر نقرًا مزدوجًا على كل كتلة لتعديل معلماتها. في كتلة دالة النقل، أدخل معاملات البسط والمقام الخاصة بها، وكذلك إعدادات زمن خطوة الإدخال والقيمة النهائية ؛ وفيما يتعلق بكتل إدخال الخطوات، يحدد وقت الخطوات والقيم النهائية على النحو التالي.

  4. تصميم وحدة التحكم في تحديد الهوية الشخصية

يقدم MATLAB عدة طرق لإنشاء وتكوين وحدات تحكم PID. استخدم تطبيق موالف تعريف المعلمات أو قم بتغيير معلماته يدويًا -لكل منهما مزايا عند استخدامها بفعالية.

استخدام تطبيق الموالف الخاص بمعرِّف المعلمات: قم بتشغيله مباشرة من سيمولنك بالنقر بزر الماوس الأيمن على أي كتلة تحكم في معرِّف المعلمات وتحديد quot; اضبط وحدة تحكم معرِّف المعلمات ثم تقوم بتعديل معلمات تعريف الهوية المسبق حتى تقدم الاستجابات المطلوبة.

الضبط اليدوي لمعلمات معرِّف المعلمات: الضبط اليدوي لحصار وحدة تحكم معرِّف المعلمات#معلمات 39;s، الموالفة اليدوية يمكن أن تنطوي على إجراء تعديلات مباشرة من النسبية، والتكامل، والمكاسب المشتقة مباشرة في كتلة وحدة التحكم PID الخاصة بها. ابدأ مع الكسب النسبي ثم زيادة تدريجيا التكامل والمكاسب المشتقة لتحسين استجابة النظام.

  5. محاكاة وحدة التحكم في تحديد الهوية الشخصية

بمجرد الانتهاء من تجميع نموذج النظام وجهاز تحديد الهوية الشخصية، فإن تشغيل المحاكاة سوف يسمح لك بمراقبة سلوكه وفهم أدائه المحتمل بشكل أكمل.

تشغيل نموذج سيمولنك: لبدء المحاكاة، اضغط على زر من نموذج سيمولنك. وسوف تظهر كتلة النطاق استجابة خرج النظام خلال هذه الخطوة من المحاكاة.

تحليل النتائج: عند تحليل نتائج أداء وحدة التحكم في تعريف المعلمات، قم بفحص مخرجات نطاقه بعناية لمعرفة خصائص مثل زمن الارتفاع، ووقت الترسيب، وتجاوز الحد، وخطأ الحالة الثابتة.

  6. تقنيات المحاكاة المتقدمة

بالنسبة للأنظمة المعقدة، قد تكون هناك حاجة إلى تقنيات محاكاة أكثر تعقيدا من أجل الأداء الأمثل. ويشمل ذلك إنشاء حلقات التغذية الراجعة وتوظيف وحدات تحكم مختلفة في تعريف الهوية الشخصي.

قم بتنفيذ حلقة التغذية المرتدة: قم بإضافة حلقة التغذية المرتدة إلى نموذج سيمولنك الخاص بك عن طريق ربط المخرجات من المحطة مع وحدة التحكم في معرِّف المعلمات الخاصة بها#مدخلات 39;s، وخلق نظام حلقة مغلقة مستقل الذي يعدل باستمرار مدخلات التحكم على أساس بيانات الإخراج.

استخدام أجهزة التحكم المختلفة في تعريف الهوية الشخصي: يوفر Simulink أشكالاً مختلفة من أجهزة التحكم في تعريف الهوية الشخصي -النماذج المتوازية والقياسية هي مجرد بعض الأمثلة -مما يمكنك من اختبار تكوينات مختلفة حتى العثور على أفضل ما يناسب نظامك. التجريب قد يكشف ما هو منطقي

قد تكون محاكاة وحدة تحكم معرِّف المعلمات أمرًا صعبًا في بعض الأحيان، لذا إليك بعض المشكلات وتلميحات استكشاف الأخطاء وإصلاحها

 حل أخطاء المحاكاة: إذا نشأت أخطاء أثناء المحاكاة، تحقق مرتين من تكوين الكتل الخاصة بك وتأكد من أن جميع المعلمات قد وضعت بشكل مناسب قبل الرجوع إلى MATLAB&#توثيق 39 لرسائل خطأ محددة.

تحسين دقة المحاكاة: للحصول على أقصى دقة للمحاكاة، قم بزيادة إعدادات الخطوة الزمنية على المحلل لالتقاط الديناميكيات الأكثر تعقيدًا داخل نظامك. وينبغي أن يوفر هذا دقة أفضل أثناء عمليات المحاكاة.

لمحاكاة أجهزة التحكم في أجهزة تحديد الهوية الشخصية باستخدام نظام MATLAB استعمالات عملية عديدة ؛ هنا فقط بضعة:

 في إطار أنظمة التشغيل الآلي الصناعية: تستخدم أجهزة التحكم في تعريف المنتج للتحكم في عمليات درجة الحرارة والضغط والتدفق في هذه الأنظمة. ومع ذلك، في تطبيقات الروبوتات، تتيح وحدات التحكم في تعريف الهوية الشخصية تنظيم سرعة المحرك بدقة بالإضافة إلى دقة تحديد الموقع. وأخيراً في بلدان العالم الثالث حيث توجد الروبوتات الصناعية

الفضاء الجوي: يجري على نحو متزايد تنفيذ أجهزة التحكم في تحديد الهوية الشخصية في أنظمة التحكم في الطيران الفضائي للحفاظ على الاستقرار والأداء.