وحدة التحكم في درجة الحرارة في المملكة المتحدة: فهم وتنفيذ التحكم التناسبي المتكامل -المشتق

اكتشاف المملكة المتحدة#39;sالتحكم في درجة حرارة معرِّف المعلماتالأنظمة. التعرف على مبادئ التحكم في درجة حرارة أجهزة تعريف الهوية الشخصية ومكوناتها وكيفية استخدامها في مختلف الصناعات. اكتشاف كيفية التنفيذ والضبط للحصول على أقصى أداء.)

أولاً -مقدمة

كما أنه مهم لضمان الكفاءة والسلامة للأجهزة المنزلية. ومن بين أكثر المنهجيات تطوراً واعتماداً على نطاق واسع لتحقيق هذه الدقة خوارزمية التحكم النسبية المتكاملة (PID). يستكشف المقال أنظمة التحكم في درجة حرارة تعريف المنتج في المملكة المتحدة. تبدأ المقالة بشرح المبادئ الأساسية التي تقوم عليها ضوابط تعريف الهوية الشخصي. ثم ينتقل إلى الصرخات العملية الحاسمة لضبط تعريف الهوية الشخصي وأساليب اختبار وتقييم أداء النظام. يختتم المقال بفحص المملكة المتحدة#تطبيقات تعريف الهوية الشخصية الخاصة بـ 39; وفوائدها واتجاهاتها. هذا التجاوزالمرحلة المعيارية لتعريف المشروع ومواصفاته. تتم مناقشة عملية اختيار وتكامل مكونات الأجهزة الرئيسية بالتفصيل. ثم يتم شرح كيف يمكن تنفيذ خوارزمية تعريف الهوية الشخصية ضمن منصة البرنامج المختارة. المقال يفحص أيضايهدف iew إلى تزويد القراء بفهم متعمق لمتحكم تعريف الهوية الشخصية#39 ؛ جوانب التصميم والتشغيل والتنفيذ. كما أنه يوضح تطبيقه العملي باستخدام نهج خطوة بخطوة الذي ينطبق على بيئات المملكة المتحدة.

ص. The PID Control Algorithm فهم ذلك

PID&#ويرجع السبب في فعالية هذا النظام واعتماده على نطاق واسع إلى تكامل ثلاثة إجراءات تحكم مختلفة يعالج كل منها جانبا معينًا من أخطاء التحكم. الإجراءات الثلاثة، التكاملية النسبية والمشتقة، هي متكاملة على التوالي.

العنصر النسبي (P) يولد إشارة الخرج التي ترتبط مباشرة بحجم إشارة الخطأ الحالية. يمكن تعريف إشارة الخطأ على أنها الفرق بين درجة الحرارة المقصودة ودرجة الحرارة التي يتم قياسها بالفعل بواسطة المستشعر. خطأ أكبر سوف يؤدي إلى ارتفاع إشارة الخرج. والغرض الأساسي منها هو تصحيح المتغير ونقله إلى نقطة محددة. الالتزام بالتحكم النسبي وحده يمكن أن يؤدي إلى خطأ حالة ثابتة. وقد لا تتطابق درجة الحرارة النهائية مع النقطة المحددة بدقة بسبب تأخر النظام والظروف غير المتغيرة.

الكسب المتكامل (Ki) يحدد مدى سرعة وحدة التحكم في تصحيح هذا الخطأ. يتم تحديد الكسب المتكامل (Ki)، وهو مقياس للسرعة التي يمكن لوحدة التحكم تصحيح هذا الخطأ بها، من خلال مدى السرعة التي يكسب بها. يستخدم المصطلح المتكامل لحساب الخطأ التراكمي الكلي. المصطلح المتكامل سيزيد (أو يقلل) إشارة الخرج إذا استمر الخطأ. وهذا يزيد من تأثير المشغل على دفع متغير العملية أقرب إلى النقطة المحددة. وسيصل النظام إلى درجة حرارة النقطة المحددة إذا كان المشغل قادرا على التعامل مع أي معارضة. المكسب التكاملي (Ki)، وهو مقدار الوقت الذي يتفاعل فيه جهاز التحكم مع الخطأ، يحدد القوة التي يستجيب بها. سيؤدي ارتفاع Ki إلى القضاء المبكر على أخطاء الحالة الثابتة، في حين أن أصغر Ki يؤدي إلى استجابات أكثر تدرجا.

ويوفر إجراءات تصحيحية على أساس مدى سرعة تغير الخطأ. يتوقع المكون المشتق الانحرافات في المستقبل عن طريق النظر في مدى سرعة زيادة أو انخفاض الخطأ. سيولد حد الإخراج المشتق إشارة تصحيحية كبيرة إذا زاد الخطأ أو انخفض بسرعة. وهذا يساعد على تقليل التذبذبات وتحسين الاستقرار. وهو مفيد بشكل خاص للأنظمة المعرضة إما لعدم الاستقرار أو تجاوز الحد بسبب التغيرات السريعة.

تسمح هذه العملية ثلاثية الخطوات لـ PID بالتعلم من الأخطاء السابقة والتنبؤ بالأخطاء المستقبلية. والنتيجة هي تحكم دقيق ومستقر في درجة الحرارة. هذا الأساس الخوارزمي ضروري لفهم قدرات وحدات تحكم تعريف الهوية الشخصية وتطبيقها بشكل صحيح في تطبيقات المملكة المتحدة.

الثالث. أجزاء من نظام جهاز التحكم في درجة الحرارة

يلعب كل مكون من مكونات نظام وحدة تحكم تعريف الهوية الشخصية الوظيفي دورًا متميزًا في الحلقة. ومن الضروري اختيار هذه المكونات ودمجها من أجل تحقيق الأداء والموثوقية المطلوبة.

الأنواع الشائعة هي المزدوجات الحرارية (المعروفة أيضا باسم RTDs)، ثرمستورز و ثرمستورز. كل منها له خصائص خاصة به. المزدوجات الحرارية من النوع K متينة ولها نطاق واسع من درجات الحرارة. ويمكن استخدامها في العديد من التطبيقات الصناعية في المملكة المتحدة. وتوفر أجهزة قياس سرعة الدوران (عادة PT100 و PT1000) دقة واستقرارًا أكبر في درجات الحرارة المنخفضة. ولذلك فهي مفضلة في التطبيقات الدقيقة مثل معدات المختبرات، أو صناعة الأدوية في المملكة المتحدة. وتستخدم موازين الحرارة هذه لنطاقات حرارة معينة بسبب حساسيتها العالية. كما أنها غير مكلفة نسبيا. ويتأثر اختيار المستشعر بعوامل مثل مدى القياس المطلوب، ومواصفات الدقة، وفعالية التكلفة، ووقت الاستجابة، والبيئة التشغيلية. لضمان الدقة والموثوقية، قد يكون من المهم الالتزام بالمعايير التي نشرتها مؤسسة المعايير البريطانية. غالبًا ما تتطلب المستشعرات تكييف الإشارة مثل مكبرات الصوت والدوائر forLeng Jie DianBu Chang (تعويض التوصيل البارد) للأزواج الحرارية أو الواجهات، مثل المحولات التناظرية إلى الرقمية، وبروتوكولات الاتصال الرقمي، مثل I2C أو SPI، لأجهزة RTDs، والثرمستور.

وحدة التحكم هي التي تقوم بإجراء حسابات تعريف الهوية الشخصي. غالبا ما تستخدم المتحكمات الدقيقة مثل أردينو (أونو، نانو، ميجا، وغيرها) في مشاريع المملكة المتحدة بسبب فعاليتها من حيث التكلفة وسهولة استخدامها والدعم المجتمعي الواسع. Arduino IDE هي أداة بسيطة وسهلة الاستخدام لتحميل الكود. إذا كنت بحاجة إلى المزيد من طاقة المعالجة أو اتصال أفضل، فإن ESP32 مع البلوتوث و Wi-Fi، أو راسبيري باي، مع قدرتها المعالجة الأعلى، قد يكون الخيار الأفضل. بدلا من ذلك، يمكن استخدام PLCs، التي غالبا ما تستخدم في البيئات الصناعية في المملكة المتحدة. فهي توفر موثوقية أكبر وقابلية توسعية أكبر. فهو يعتمد على مدى تعقيد المشروع، وما هي الوظائف التي تريدها، وميزانيتك. من المهم أن وحدة التحكم لديها دخل/خرج كافي (الإدخال/الإخراج)، للتواصل بشكل فعال مع كل من المستشعر والمشغل.

المشغل هو الجزء الذي يترجم إخراج الأمر من وحدة التحكم إلى إجراءات فيزيائية تقوم بتعديل درجة حرارة العملية. مشغل جهاز التحكم في درجة الحرارة الأكثر شيوعًا هو عنصر التسخين. ويمكن أن يكون هذا سلك تسخين مقاوم أو غشاء تسخين أو سخان خرطوشة. إنها تولد الحرارة عن طريق تمرير تيار كهربائي من خلالها. يتم اختيار عنصر التسخين على أساس عدد من العوامل، بما في ذلك الطاقة المطلوبة، ومدى درجات الحرارة، وما إذا كانت الحرارة ستتحول إلى صلب أو سائل أو هواء. وحدات بلتير التي يمكن استخدامها لتسخين أو تبريد وفقا لاتجاه تدفق التيار، والمراوح التي تزيد من تبديد الحرارة هي خيارات للتبريد. مصدر الطاقة وخرج وحدة التحكم يجب أن يتطابق مع المشغل#قدرة 39 على التعامل مع السلطة. مصدر الطاقة يوفر الطاقة الكهربائية اللازمة لتأمين جهاز استشعار الطاقة، والمتحكم، والمشغل. الإمداد بالطاقة يجب أن يوفر الجهد الصحيح (5 فولت أو 12 فولت أو 24 فولت)، والتيار الكافي، لتلبية متطلبات الطاقة لجميع المكونات. من أجل تشغيل آمن وموثوق به من المهم استخدام الموصلات والأسلاك التي تم تركيبها بشكل صحيح. بالنسبة لأجهزة الاستشعار والدوائر الرقمية، فإن التأريض أمر بالغ الأهمية للتشغيل الموثوق.

على الرغم من أن واجهة المستخدم ليست ضرورية للتشغيل الأساسي للنظام، إلا أنها يمكن أن تحسن قدرات التشخيص والاستخدام. وستشمل شاشة العرض عادة شاشة LCD أو OLED لعرض حالة النظام ودرجة الحرارة الحالية والنقطة المحددة وقيم الخطأ. وتستخدم مقاييس الجهد لضبط المعلمات يدويًا، مثل ضبط مكاسب معرفات المعلمات. يمكن استخدام الأزرار لضبط أوضاع النقطة المحددة والتبديل. مؤشرات الحالة مثل المصابيح يمكن أن تشير إلى الطاقة، حالة الخطأ، أو حالة المشغل. قد يعمل نظام بسيط دون واجهة، ولكن ينصح بنظام أساسي لاختبار وضبط النظام.

يحمي الغطاء المناسب مكونات الأجهزة من العناصر البيئية مثل الغبار والرطوبة والأضرار المادية. وهذا يمكن أن يساهم في موثوقية النظام ومتانته. من المهم اختيار ضميمة في المملكة المتحدة تناسب احتياجات طلبك.

تصميم وتنفيذ البرمجيات

الخطوة التالية هي تطبيق خوارزمية تعريف المنتج في البرنامج المختار. وهو يتضمن كتابة كود لقراءة بيانات المستشعر، وحساب مخرجات تعريف المعلمات والتحكم في المُشغل. لمنصات البرمجيات تأثير كبير على عملية التطوير.

تقدم منصات البرمجيات مجموعة واسعة من الخيارات. بسبب الأردوينو#إن سهولة الاستخدام وممجتمع الدعم الكبير وتوافر المكتبات والمتحكمات الدقيقة مثل الأردوينو تحظى بشعبية كبيرة في مشاريع DIY. ويبسط نظام أردينو IDE عملية كتابة التعليمات البرمجية وتحميلها. منصات مثل ESP32، التي دمجت واي فاي/بلوتوث والمزيد من الطاقة الحاسوبية للمشاريع المعقدة (والحوسبة للأغراض العامة)، هي أيضا خيارات. بايثون على وحدة التحكم الدقيقة أو الكمبيوتر مع المكتبات المناسبة، مثل numpy، أوتوتون، قد يكون أفضل للمشاريع التي تتطلب متينة وقابلية التوسع. بعض المشاريع قد تستخدم PLC أو حزم وحدة تحكم PID التجارية. يعتمد ذلك على مدى تعقيد المشروع، وما إذا كان المبرمج لديه خبرة مع النظام الأساسي والوظائف التي تحتاج إليها. من المهم أن وحدة التحكم لديها مدخلات/مخرجات كافية (الإدخال/الإخراج)، للتواصل بشكل فعال مع المستشعر والمشغل.

يتضمن تصميم البرمجيات عادة عدة وحدات. أولاً، ستقرأ الوحدة بيانات المستشعر. إذا كنت تستخدم Arduino، يمكن أن ينطوي ذلك على قراءة القيم التناظرية باستخدام ADC من RTD أو المزدوجة الحرارية. يمكن أن يقرأ كود أجهزة الاستشعار الرقمية البيانات باستخدام بروتوكولات مثل I2C أو SPI (مثل مستشعر RTD). ويجب أن يحتوي الرمز على صيغ معايرة مناسبة لتحويل البيانات الخام لأجهزة الاستشعار إلى قراءة ذات مغزى لدرجة الحرارة (مثل درجة الحرارة العادية أو درجة فهرنهايت).

ويحتل تنفيذ تعريف الهوية الشخصي مكانة مركزية في تصميم البرمجيات. في بنية الشفرة، يتم تعريف معلمات تعريف المعلمات (Kp Ki Kd). وسيتم تعديل هذه خلال مرحلة التوليف. تحدد الخوارزمية الفرق (النقطة المحددة ودرجة الحرارة المقيسة) لحساب الخطأ. يستخدم الكود هذا الخطأ لحساب مساهمة التكامل والمشتقة والنسب النسبية. يتم حساب التعبير النسبي بخطأ Kp +. يتم حساب المصطلح المتكامل عن طريق جمع الأخطاء مع مرور الوقت. ويمكن منع هذا المصطلح من النمو بشكل كبير جدا باستخدام تقنية التصفية المتكاملة. الطريقة الأكثر شيوعا هي استخدام المجموع الجاري، حيث يتم إضافة الخطأ مع مرور الوقت ثم يتم تعيين الحد الأقصى. يتم استخدام متغير لتخزين الخطأ السابق. يستخدم مصطلح المشتقة لتقدير معدل تغيير الخطأ و it's محسوبة باستخدام Kd* (خطأ -خطأ سابق). يمكن تخزين هذا الخطأ السابق كمتغير.

ويمثل هذا المجموع ناتج وحدة التحكم. إشارة الخرج يجب أن توضع على إشارة التحكم في المحرك.

يترجم رمز التحكم في المشغل الخرج المحسوب من وحدة التحكم إلى إشارة يفهمها المشغل. ويستخدم الرمز، على سبيل المثال، الخرج المحسوب لتحديد دورة تشغيل النبض المعدل المعدل للتحكم في عنصر التسخين باستخدام موسفايت. وعادة ما تكون هذه القيمة بين 0 إلى 255 على الأردوينو. وسوف يستخدم الرمز الخرج المحسوب (غالبا ما تكون قيمة بين 0 و 255 لأردوينو) لتحديد حالة المسمار الرقمي. تطابق وظيفة رسم الخرائط هذه نطاق خرج وحدة التحكم مع متطلبات المشغل.

يجب أن يتعامل كود واجهة المستخدم مع الإدخال (مثل ضبط النقطة المحددة عن طريق زر أو مقياس فرق الجهد)، وعرض المعلومات ذات الصلة على وحدة العرض (مثل درجة الحرارة الحالية، خطأ النقطة المحددة).

ويتكرر هذا التسلسل في فترة محددة مسبقًا بواسطة حلقة التحكم الرئيسية (على سبيل المثال، باستخدام حلقة (حلقة) على أردوينو، أو هياكل مماثلة) من أجل تحقيق حلقة تغذية مرتدة مستمرة. إعلان المتغيرات للاحتواء على قراءات أجهزة الاستشعار وغيرها من المعلومات، مثل قيمة النقطة المحددة، أو الخطأ أو الخطأ السابق، وحساب المدة المتكاملة، والمكونات المشتقة، والناتج النهائي، وما إلى ذلك. ويمكن تحقيق التكامل باستخدام الدوال (على سبيل المثال، واحدة لقراءة أجهزة الاستشعار، وأخرى لحسابات تعريف المعلمات، وأخرى لشفرة المشغل).

المراحل الأولية من التطوير ضرورية للاختبار والتصحيح. ويمكن تضمين بيانات الطباعة في الكود (على سبيل المثال: serial.print(لـ Arduino)) الذي يعرض قيم الاستشعار وأرقام الخطأ والنتائج المحسوبة للسماح بالتوليف اليدوي. في النسخة النهائية، سيتم إزالة هذه أو استبدالها بوظيفة عرض مناسبة.

تركيب وتركيب النظام

بعد اختيار مكونات الأجهزة وكتابة كود البرنامج، المرحلة التالية هي التجميع المادي والإعداد للعملية. الاهتمام بالتفاصيل مطلوب لضمان السلامة والأداء السليم.

ربط المكونات هو الخطوة الأولى في تجميع النظام. يبدأ توصيل المكونات بتوصيل أجهزة الاستشعار. تتصل المستشعرات عادة بالمدخلات التناظرية أو الدبابيس الرقمية لجهاز التحكم. يتم توصيل دبابيس إخراج وحدة التحكم (على سبيل المثال، دبابيس تناظرية ل PWM أو دبابيس رقمية لتحويل الترحيل) بالمشغلات. يجب أن تكون دبابيس مصدر الطاقة متصلة بمدخلات قدرة المتحكم، واحتياجات طاقة الاستشعار. معلومات هامة عن السلامة: تحقق مرتين من اتصالاتك قبل استخدام الطاقة. الأسلاك غير الصحيحة يمكن أن تتلف المكونات. جميع الاتصالات يجب أن تكون معزولة وآمنة. بالنسبة لأجهزة الاستشعار والدوائر الرقمية، فإن التأريض ضروري للتشغيل الموثوق.

وينبغي تركيب المكونات في سياج مناسب. ويمكن أن يكون في شكل صندوق مشروع، أو حتى إعداد مصمم خصيصًا. يحمي التركيب المكونات من الاتصال العرضي أو الظروف البيئية. من المهم وضع جهاز التحكم في منطقة ذات تدفق هواء مناسب. يمكن استخدام ربطات الكابلات والأكمام لإدارة الأسلاك بشكل أنيق.

يمكن تجميع كود البرنامج على الكمبيوتر أو تنزيله إلى المتحكم الدقيق. الشفرة يجب أن تكون خالية من الأخطاء تشمل الاختبارات البسيطة توصيل المكونات الثلاثة الأكثر أهمية: وحدة التحكم، والمستشعر، والمحرك. ثم يتم اختبارها للتحقق من الوظائف الأساسية مثل ما إذا كان المتحكم يمكن قراءة المستشعر أو التحكم في المشغل.

عملية ضبط تحديد الهوية الشخصية

الضبط الصحيح لوحدة التحكم في تعريف المنتج ضروري لتحقيق الأداء المطلوب. يمكن أن يكون النظام غير مستقر (السيمفونيات المفرطة)، بطيئة في الاستجابة، أو لا تصل إلى النقطة المحددة المطلوبة. الضبط هو عملية إيجاد قيم لمعلمات Kp النسبية و Ki المتكاملة و Kd المشتقة من أجل تحسين سلوك النظام. وتتكرر هذه العملية بشكل متكرر، وتعديل المعلمات استجابة لاستجابات النظام.