دائرة التحكم -ما هي؟.

Understanding PID control Loops: Component and Working Principles (باللغة الإنجليزية)

تعرف على أساسيات حلقات PID. ويشمل ذلك مبادئ عملها ومكوناتها وتطبيقاتها وفوائدها وتحدياتها. تعلم كيفية تنفيذ حلقات التحكم في تعريف المنتج للأداء الأمثل.

1. المقدمة

فهم مكونات PID

هناك ثلاثة عناصر أساسية تشكل حلقة تعريف المنتج: النسبية (P)، والتكامل (I)، أو تحكم المشتق (D). كل عنصر يلعب دورا محددا في استراتيجية التحكم.

التحكم (P) نسبي: يولد هذا المكون مخرجات تتناسب طرديا مع قيمة الخطأ. العنصر التناسبي هو المسؤول عن تقليل الخطأ الكلي من خلال تعديل إشارة التحكم وفقًا للحجم. يحدد كسب Kp النسبي مدى استجابة النظام. يؤدي ارتفاع قيم Kp إلى استجابات أسرع، ولكن يمكن أيضا أن يسبب عدم الاستقرار وتجاوز الهدف.

التحكم المتكامل: يعالج هذا المكون أخطاء الماضي من خلال دمج الأخطاء مع مرور الوقت. يتم تعديل إشارة التحكم باستمرار حتى لا تكون هناك أخطاء. الكسب المتكامل (Ki) يؤثر على مدى سرعة تصحيح الخطأ في حالة الاستقرار. التذبذبات غير المستقرة يمكن أن تنتج عن إجراءات متكاملة مفرطة.

التحكم (D) المشتق: يستخدم هذا المكون معدل تغيير الخطأ للتنبؤ بالأخطاء المستقبلية. يوفر المكون المشتق تأثير تثبيط، مما يحسن استقرار النظام عن طريق الحد من الأخطاء السريعة. Kd هو كسب المشتقة التي تحدد كيفية تأثر الإجراءات المشتقة. على الرغم من أنها قد تعزز استقرار النظام، كمية مفرطة من الفعل المشتق يمكن أن يسبب ضوضاء أو سلوك غير منتظم.

2. ما هي حلقة التحكم في تعريف المنتج؟

تقوم حلقات معرّف المعلمات باستمرار بتعديل إشارات التحكم لتقليل الفرق بين النقطة المحددة المطلوبة ومتغير العملية المقاس. هذا شرح خطوة بخطوة لحلقة تعريف المعلمات

حساب الخطأ: في حلقة تعريف المعلمات، الخطوة الأولى هي حساب قيم الخطأ. هذا هو الفرق بين نقاط الضبط المرغوبة ومتغيرات العملية المقاسة. يتم استخدام قيمة الخطأ كأساس للحسابات اللاحقة.

الاستجابة النسبية العنصر النسبي ينتج إشارة تتناسب مع قيم الخطأ الحالية. ويتم تحديد هذه الاستجابة من خلال الكسب النسبي Kp. تؤدي قيم Kp الأعلى إلى ضوابط أكثر عدوانية.

الإجابة الصحيحة: يحسب هذا المكون الأخطاء التراكمية مع مرور الوقت، ثم يولد إشارات تحكم تتناسب مع هذه الأخطاء التراكمية. يتم تحديد معدل تصحيح الخطأ في الحالة الثابتة من خلال مكسب Ki المتكامل.

استجابة المشتق: يحسب هذا المكون معدل الخطأ وينتج إشارة تتناسب مع معدل الخطأ. Kd هو كسب المشتقة التي تحدد كيفية تأثير عمل المشتقة على إشارة التحكم.

ضبط إشارة التحكم: الجمع بين إشارات التحكم التي تنتجها المكونات المتكاملة والتناسبية والمشتقة لإنشاء إشارة التحكم النهائية. يتم دمج إشارة التحكم المتولدة من المكونات المتكاملة والتناسبية والمشتقة لإنتاج إشارة التحكم النهائية.

3. PID Control Loop Applications (باللغة الإنجليزية)

نظرًا لفعاليتها وبساطتها، يتم استخدام دوائر التحكم في تعريف المنتج على نطاق واسع في العديد من الصناعات. وتستخدم حلقات PID في مجموعة متنوعة من التطبيقات.

التحكم في درجة الحرارة: في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، تحافظ أجهزة التحكم في تعريف درجة الحرارة على درجة الحرارة المطلوبة في العمليات الصناعية وعمليات البناء. تضمن أجهزة التحكم هذه كفاءة الطاقة والراحة والتحكم الدقيق في درجة الحرارة.

تقوم أجهزة التحكم في تعريف سرعة المحرك بتنظيم سرعات المحرك باستخدام المحركات الكهربائية. تضمن وحدات التحكم هذه سلاسة ودقة التحكم في السرعة وتحسين أداء الأنظمة الآلية.

4. فوائد استخدام حلقة التحكم في تعريف المنتج

يشيع استخدام حلقات تعريف المعلمات في مجال هندسة أنظمة التحكم لأنها تقدم العديد من الفوائد. وهذه بعض الفوائد الرئيسية:

استقرار نظام التحكم يحسن الاستخدام المشترك للإجراءات المتكاملة والمشتقة من استقرار النظام. يقلل الإجراء المتكامل من الخطأ في الحالة الثابتة، في حين أن الإجراء المشتق يمنع التذبذبات.

تقليل التجاوز يمكن أن يقلل الضبط الصحيح من تجاوز الهدف وضمان وصول متغيرات العملية إلى النقطة المحددة المطلوبة دون التقلبات الزائدة. سيكون التحكم أكثر سلاسة ودقة ودقة.

القضاء على خطأ الحالة الثابتة: يلغي هذا الجزء المتكامل من حلقة التحكم في تعريف المعلمات خطأ الحالة الثابتة عن طريق تعديل الإشارة باستمرار حتى يصل الخطأ التراكمي إلى الصفر. سيظل متغير العملية عند النقطة المحددة.

5. PID Control Loop Challenges (باللغة الإنجليزية)

على الرغم من أن حلقات تعريف الشخصية الإيجابي لها العديد من الفوائد، إلا أنها يمكن أن تمثل تحديات في تنفيذها.

تعقيد الضبط: قد يكون من الصعب إيجاد أفضل القيم للمكاسب المتكاملة والتناسبية والمشتقة. يمكن أن يؤدي الضبط غير الصحيح إلى التذبذب وعدم الاستقرار. لتحديد مكسب معرفة الهوية الشخصية، يتم استخدام طرق ضبط مختلفة، بما في ذلك زيغلر نيكولز، التجربة والخطأ، إلخ.

الحساسية للضوضاء يكون المكون المشتق في حلقة تعريف الهوية المعلمي حساسًا عند حدوث الضوضاء أثناء قياس متغيرات العملية. يمكن أن يؤدي إلى إشارات غير منتظمة للتحكم وأداء نظام ضعيف. ويمكن استخدام ترشيح الضوضاء للتخفيف من حدة المشكلة.

ديناميكيات النظام: يتأثر أداء حلقات تعريف المعلمات الديناميكيات. يمكن أن تتأثر فعالية وحدة التحكم في تعريف الهوية الشخصية بالتغيرات في ديناميكيات العملية، بما في ذلك التأخير الزمني أو عدم الخطوط. ويمكن التصدي لهذه التحديات باستخدام استراتيجيات ضبط تكيفية أو أساليب قائمة على النماذج.

ويمكن تلخيص هذه الحلقة كاستراتيجية مرنة وشائع الاستخدام لنظم التحكم الصناعية. حلقة التحكم في تعريف الهوية الشخصي أداة مهمة لهندسة نظام التحكم لأنها يمكن أن توفر تحكم دقيق، وتقلل من أخطاء الحالة الثابتة، وتزيد من الاستقرار. ويتطلب تنفيذ حلقات تعريف الهوية الشخصية ضبط النظام بعناية والنظر في ديناميات العملية. يمكن للمهندسين تحقيق الأداء الأمثل من خلال فهم حلقات تعريف الهوية الشخصية ومكوناتها ومبادئ التشغيل والمزايا والتحديات.

المراجع

وحدة تحكم المشتقات التكاملية التناسبية -ويكيبيديا

تم توضيح وحدة التحكم في الهوية الشخصية