How to Tune a PID Controller: Methods and Practical Tips (باللغة الإنجليزية)

تعلم كيفية التعامل مع هذاوحدة التحكم في تعريف المعلماتبهذا الدليل الشامل. فهم أدوار المكاسب النسبية والمتكاملة والمشتقة واستكشاف طرق الضبط اليدوية والقائمة على البرامج واكتشاف النصائح العملية للضبط الفعال.

  1. المقدمة

ضبط وحدة تحكم PID (النسبية المتكاملة المشتقة) هو مكون لا يتجزأ من هندسة نظام التحكم. يضمن الضبط الصحيح لهذا النوع من وحدات التحكم الأداء الأمثل عن طريق الحفاظ على الإخراج المطلوب بأقل قدر من الخطأ. تقدم هذه المقالة دليل تفصيلي حول كيفية ضبط أجهزة التحكم في تعريف المنتج باستخدام طرق مختلفة ونصائح عملية من أجل تحقيق الضبط الفعال.

  2. فهم بارامترات PID

الربح النسبي (P)

(ديسمبر 2018) الكسب النسبي (بالإنجليزية: Proportional gain) ويشار إليه عادة باسم (K_p)، هو معلمة أساسية في وحدات تحكم تعريف المعلمات التي تحدد استجابتها للأخطاء الحالية. زيادة في (K_p) يمكن أن تزيد من الاستجابة ولكن يمكن أن يؤدي إلى تجاوز وعدم الاستقرار في حين أن خفض ذلك يؤدي إلى استجابة أبطأ ولكن زيادة الاستقرار -على سبيل المثال في ضبط أنظمة التحكم في درجة الحرارة (K_p) يمكن أن تؤثر على سرعة التعامل مع الانحرافات في درجة الحرارة من قبل النظام.

  3. ربح متكامل

المكسب المتكامل (K_i)، يعالج أي أخطاء متراكمة مع مرور الوقت. وهو يصحح أخطاء الحالة الثابتة من خلال دمج القيم السابقة لتراكم الأخطاء وتطبيق التصحيحات وفقا لذلك. يمكن لقيمة (K_i) أعلى أن تسرّع التصحيح ولكنها قد تسبب تذبذبات ؛ وعلى العكس من ذلك، توفر قيمة K_i الأقل استجابة أكثر سلاسة مع إطار زمني أبطأ للتصفية للخطأ. مع أنظمة التحكم في السرعة يضمن هذا سرعة المحرك الوصول والبقاء في النقطة المحددة المطلوبة.

  4. مشتق (D) كسب

مشتق الربح، أو (K_d)، يتنبأ الاتجاهات المستقبلية للخطأ عن طريق حساب معدل التغيير ويساعد على تثبيط استجابة النظام عن طريق الحد من تجاوز والتذبذبات. وقد تؤدي زيادة قيمة K_d إلى تحسين الاستقرار ولكنها ستزيد من الضجيج ؛ وعلى العكس من ذلك، يؤدي انخفاض قيمة K_d إلى نظم أقل استجابة ؛ في أنظمة التحكم في الذراع الروبوتية يعمل على سلاسة الحركة من خلال توقع التغيرات السريعة لقيم الخطأ في الموقع.

قبل ضبط وحدة تحكم معرِّف المعلمات، من المهم للغاية أن يبقى النظام خاليًا من المشكلات الميكانيكية ومستقرًا. قبل البدء في الضبط، تحقق من التوصيلات المفكوكة أو المكونات التالفة أو أي مشاكل محتملة قد تؤثر على عملية الضبط واستخدام إعدادات المعلمة الأولية المحافظة من أجل منع عدم الاستقرار أثناء مراحل الضبط الأولية.

  5. طرق الضبط (الإصدار 2)

توليف يدوي

ويتضمن الموالفة اليدوية تعديل معلمات تعريف المعلمات يدويًا وفقًا لكيفية استجابة نظامك. ويتطلب ذلك معرفة جيدة بديناميات النظم واتباع نهج منظم ومنهجي: ضبط (K_i)، (K_d)، وزيادة تدريجيا K_p حتى تظهر التذبذبات، ثم صقل كل من (K_i)، (K_d)، و K_p حتى تعود التذبذبات، ثم إجراء التصحيحات اللازمة مثل القضاء على حالة خطأ ثابتة قبل الضبط الدقيق (K_d) للحد من تجاوز أو التذبذبات حتى يمكن الوصول إلى الأداء المطلوب -أو حتى هذه الدورة المتكررة تتكرر حتى يمكن الوصول إلى الأداء المطلوب.

طريقة زيغلر نيكولز

تقدم تقنية الضبط هذه طريقة فعالة لتحديد معلمات تعريف المعلمات. ابدأ من خلال وضع كل من K_i و K_d إلى الصفر قبل زيادة K_p حتى الوصول إلى أقصى كسب (K_u)، حيث التذبذب التردد يصبح ثابت السعة فترة التذبذب يتم تسجيل T_u واستخدام هذه القيم حساب معلمات تعريف المعلمات باستخدام صيغ زيجلر -نيكولز: (K_p = 0.6 مرات K_u).

*K_i = مرتان K_p و T_u

* (K_d = K_p x T_u/8)

تقدم هذه الطريقة نقطة انطلاق فعالة، ولكن قد تكون هناك حاجة إلى مزيد من التحسين للوصول إلى الأداء الأمثل.

التوليف القائم على البرنامج يستخدم التوليف القائم على البرنامج أدوات المحاكاة والخوارزميات التلقائية لضبط معلمات تعريف المنتج. ويمكن لهذه النماذج نموذج ديناميكيات النظام مع تقديم تعديلات دقيقة لمكاسب تعريف المنتج.

  6. التوليف القائم على البرمجيات

) مفيدة للغاية عند التعامل مع النظم المعقدة التي قد يثبت فيها أن الضبط اليدوي صعب للغاية أو عندما يتطلب الأمر الرصد والتعديلات في الوقت الحقيقي لضمان الأداء الأمثل تحت أي ظرف من الظروف.

استراتيجيات عملية للضبط الفعال

* التعديلات الإضافية: من أجل الضبط الفعّال، ينبغي اتخاذ خطوات صغيرة بشكل تدريجي عند تغيير معلمات معرّف المنتج لمنع استجابات النظام الجذرية.

* استجابات نظام الرصد: التيقظ لطريقة استجابة النظام للتغيرات التي تطرأ على البارامترات، والتكيف وفقاً لذلك.

* تجنبوا المخاطر الشائعة: احذروا من المبالغة في التهذيب، التي قد تؤدي إلى عدم الاستقرار والتهذيب، مما قد يقلل من الأداء ويؤدي إلى نتائج أبطأ.

وتستخدم أجهزة التحكم في تحديد الهوية الشخصية بشكل شائع في التشغيل الآلي الصناعي لتنظيم العمليات المتعلقة بدرجة الحرارة والضغط والتدفق. على سبيل المثال، تستخدم المصانع الكيميائية وحدات التحكم في تحديد الهوية الشخصي للحفاظ على درجات حرارة المفاعل وضغطه ضمن الحدود المقبولة من أجل تحسين ظروف التفاعل بينما تستخدمها أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء لضبط خرج التدفئة أو التبريد على أساس الاختلافات بين درجات حرارة الغرفة المطلوبة ودرجة حرارة الغرفة الفعلية. وفيما يلي بعض التعمق في تطبيقاتها في إطار دراسات الحالة والأمثلة:

 7. خاتمة

إن ضبط أجهزة التحكم في تعريف الهوية الشخصي ضروري لتحقيق الأداء الأمثل للنظام، من خلال فهم أدوارها كمكاسب متناسبة ومتكاملة ومشتقة وتوظيف أساليب ضبط مختلفة. ومع تطور التكنولوجيا بشكل أكبر، توفر أدوات الضبط القائمة على البرمجيات حلولاً آلية مع حلول ضبط دقيقة تضمن أداء تعريف المنتج بشكل صحيح عبر مختلف التطبيقات والحفاظ على النواتج المطلوبة مع استقرار النظام.