فهم أجهزة التحكم في تعريف الهوية الشخصية ذاتية التكييف الغامضة

تعلم كيف تبدوجهاز التحكم في الهويةيمكن أن يعزز نظام التحكم في درجة الحرارة. إكتشفوا

منذ عقود، كانت خوارزمية تعريف الهوية المعلوماتية حجر الزاوية في تنظيم درجة الحرارة. خوارزمية التحكم في تعريف الهوية الشخصية مبنية على مبدأ قوي ولكن بسيط. وهو يقارن درجة حرارة النقطة المحددة بدرجة الحرارة المقاسة. حساب الخطأ ثم ضبط المشغل، مثل المبرد أو السخان، سوف يقلل من الخطأ. يجمع PID بين ثلاثة مصطلحات، تكامل نسبي ومشتق. يساعد مصطلح المشتقة على تخفيف التذبذبات عن طريق التنبؤ بالأخطاء المستقبلية، استنادا إلى معدل التغير. تعتبر أجهزة التحكم في تعريف الهوية الشخصي التقليدية فعالة للغاية للأنظمة الخطية والحسنة السلوك، ولكن لديها قيود عند استخدامها في البيئات الديناميكية المعقدة.

إن حساسية أجهزة التهوية الشخصية للتغيرات في العملية تمثل تحديًا كبيرًا. من المهم ضبط معاملات الكسب الثلاثة الخاصة بوحدات تحكم معرِّف المعلمات (Kp. كي. Kd) بدقة.

 يمكن لهذه الطريقة التقاط أفضل العمليات في العالم الحقيقي من النماذج الرياضية.

التحكم التكيفي هو مفهوم يكمل المنطق الغامض. تقوم وحدات التحكم التكيفية تلقائيًا بتغيير معلماتها للاستجابة لأي تغييرات في بيئة العملية أو ديناميكياتها. يمكن لوحدة التحكم الحفاظ على أدائها الأمثل مع تغير خصائص العملية. ويُعد جهاز التحكم في تعريف الهوية الشخصي ذاتي التكيف الغامض حلاً لمسائل التحكم في درجة الحرارة الصعبة. وهو يجمع بين المنطق الغامض وبنية تعريف الهوية الشخصي القوية مع آلية التكيف. يقدم جهاز التحكم مزيجًا من دقة تعريف الهوية الشخصي والذكاء والمرونة في المنطق الغامض مع قوة وأداء تعريف الهوية الشخصي. تقدم المقالة نظرة عامة مفصلة عن مزايا وتصميم وتشغيل نظام التحكم في درجة الحرارة.

1. المكونات الأساسية

بغض النظر عن طريقة التحكم المستخدمة، فإن أي نظام للتحكم في درجة الحرارة يتضمن العديد من المكونات التي تعمل معًا. ومن المهم فهم هذه المكونات من أجل التوصل إلى فهم كامل للطريقة التي يعمل بها ويتفاعل بها مراقب تعريف الهوية الشخصية الغامض الذاتي التكيف.

نظام تغذية مرتدة الحلقة المغلقة هو الهيكل الأساسي لنظام للتحكم في درجة الحرارة. مستشعر درجة الحرارة في مركز حلقة التغذية الراجعة هذه. يقيس درجة حرارة البيئة أو النظام الذي يحتاج إلى تنظيم. دقة المستشعر، وقت الاستجابة، والمدى كلها حرجة، لأنها تؤثر على مدى دقة المتحكم يمكن إجراء التعديلات. وتشمل أكثر أنواع أجهزة استشعار درجة الحرارة شيوعا المزدوجات الحرارية (المزدوجات الحرارية)، وكاشفات المقاومة الحرارية (RTDs)، والثرمستورات. كل منها له ميزاته الخاصة ومناسبة لنطاقات درجات الحرارة المختلفة وكذلك متطلبات الدقة.

العملية هي اسم النظام أو البيئة التي سيتم التحكم فيها. ويمكن أن يكون فرنًا في منشأة صناعية، أو تفاعلًا كيميائيًا، أو مساحة داخل مبنى أو منطقة أخرى حيث يكون التحكم في درجة الحرارة مطلوبًا. وهذا يشمل نوع المشغل والتعقيد المطلوب.

يقوم المشغل بتنفيذ إجراءات التحكم المادية التي يمليها جهاز التحكم. يقوم المُشغل بترجمة الإخراج من وحدة التحكم إلى تأثير على درجة حرارة العملية. المشغلات الشائعة في تطبيقات التدفئة تشمل السخانات الكهربائية أو الأفران التي تحرق الوقود. مشغلات التبريد قد تكون المراوح ووحدات التبريد أو المبردات التبخرية. من المهم مطابقة المشغل مع متطلبات العملية، مثل استهلاك الطاقة والسرعة والقيود المادية.

وحدة التحكم هي الوحدة التي تتخذ القرارات للنظام. يتلقى جهاز التحكم قراءة درجة الحرارة من جهاز الاستشعار ويقارنها مع درجة حرارة النقطة المحددة. يحسب أي أخطاء، ثم يحدد إشارة التحكم التي ينبغي إرسالها إلى المشغل. ويتم ذلك من خلال تطبيق استدلال منطقي ضبابي لتحديد كسب معرّف المعلمات بناءً على الخطأ الحالي ومعدل الخطأ ودرجة حرارة المستشعر. ثم، باستخدام المكاسب، فإنه يحسب المخرجات.

2. حلقة التغذية الراجعة هي العنصر الأخير في نظام التحكم.

يعتمد تعريف الهوية الشخصية المتغير ذاتياً على خوارزمية تعريف الهوية الشخصي التقليدية. إن بساطة وفعالية التحكم في تعريف المنتج الشخصي يجعلها تقنية شائعة في أنظمة التحكم في العمليات. وتستند هذه الخوارزمية إلى العوامل الثلاثة التالية:

مصطلح نسبي (P): يتناسب المخرجات مع الخطأ. ويطلق على الفرق بين درجة الحرارة المحددة ودرجة الحرارة المقاسة اسم المخرجات الحالية. ويكون الناتج أكبر عندما يكون الخطأ أكبر، والعكس بالعكس.

التكاملية (I): المخرجات تتناسب مع الخطأ التكاملي في الوقت. ويستخدم هذا المصطلح لتقليل خطأ الحالة الثابتة من خلال ضمان وصول درجة حرارة العملية إلى النقطة المحددة حتى عندما تكون المصطلحات النسبية وحدها غير قادرة على القيام بذلك.

مصطلح مشتق (D): المخرجات تتناسب مع معدل تغير الخطأ. يساعد هذا المصطلح على التنبؤ بالأخطاء المستقبلية، ويخمد التذبذبات لتحسين استقرار النظام.

هذا هو التمثيل الرياضي للتحكم القياسي في تعريف المعلمات

u(t) = Kp*e(t) + Ki*e(t)dt + Kd*de(t)/dt.

حيث:

خرج التحكم هو u(t).

يتم حساب الخطأ بقسمة درجة الحرارة المقاسة (نقطة محددة) على الوقت t.

المكاسب Kp و Kd و Ki هي على التوالي التكامل والمشتقة والكسب النسبي. المكاسب تحدد كيفية استجابة وحدة التحكم وبالتالي تعتبر معاملات حاسمة. ويجب ضبطها بعناية لضمان الأداء الأمثل.

تعتمد فعالية تعريف الهوية الشخصي على الدقة في ضبط معلمات الكسب هذه. يمكن أن يتطلب الضبط اليدوي تعديلات تجربة وخطأ وخبرة واسعة. حتى بعد ذلك، من الصعب تحقيق الأداء الأمثل في جميع الظروف. ويوفر مراقب تعريف الهوية الشخصية الغامض القابل للتكييف الذاتي تحسناً كبيراً في هذا المجال.

3. The Fuzzy Self Adaptive PID controller: Mechanism and Design (باللغة الإنجليزية)

و PID ذاتي التكيف الغامض هو تحسين حديث لخوارزمية PID. يجمع جهاز التحكم بين التحكم في تعريف المنتج (PID) المنظم والمنطق الغامض#مرونة وذكاء 39; بالإضافة إلى آلية تكيفية تعمل على تحسين أداء وحدة التحكم بشكل مستمر. لكي تفهموا كيف يعمل هذا الجهاز، يلزم ان تتأملوا عن كثب في مكوناته وتفاعله.

A Fuzzy Logic in PID Control (باللغة الإنجليزية)

ويحتفظ مراقب تعريف الهوية الشخصي المستقل، في جوهره، بجميع السمات الأساسية لإقصاء الهوية الشخصي، بما في ذلك متغيرات الإدخال، ومتغيرات الخرج، وآلية الحساب. وهو يحل محل الحسابات الرياضية التقليدية بالاستدلال المنطقي الضبابي.

المتحكم الذكي في المنطق: يتم تعريف المدخلات والمخرجات عادةً باستخدام المصطلحات اللغوية، على سبيل المثال، بارد، "" "" " دافئ، ""، "" ساخن، "، " كبير، ""، متوسط، " و " صغير وتترجم هذه القيم اللغوية إلى قيم رقمية عن طريق وظيفة العضوية. وهذا يصف إلى أي مدى قيمة المدخلات هي جزء من مجموعة غامضة. تستخدم FLC سلسلة من القواعد على أساس المدخلات. القواعد، والتي غالبا ما يتم التعبير عنها كما "if-then"، تربط المدخلات مع المخرجات. ثم يتم تحويل الناتج من المنطق التقريبي إلى قيمة رقمية باستخدام طريقة تسمى Defuzzification.

العملية: هذا ملخص لكيفية عمل مراقب تعريف الهوية الشخصي الذاتي الغامض. كمدخلات، يستخدم جهاز التحكم خطأ درجة الحرارة حاليًا e(t)، ومعدل التغير في خطأ de(t/dt. التصفير هو عملية تحويل هذه المدخلات من القيم العددية إلى مصطلحات لغوية باستخدام وظائف العضوية المحددة مسبقًا. يطبق المنطق التقريبي قواعد غامضة على المدخلات من أجل حساب قيم مكسب معرِّف المعلمات Kp و Kd و Ki. مخرجات المنطق التقريبي يتم فصلها إلى قيم رقمية دقيقة لاكتساب تعريف المنتج. يتم استخدام المكاسب المضبوطة لتحديد خرج التحكم المرسل إلى المشغل u(t).

الفوائد: في هذا السياق، تتمثل الميزة الأساسية للمنطق التقريبي في قدرته على التعامل مع اللاخطية بكفاءة أكبر من ضوابط تعريف المنتج التقليدية. ويسمح المنطق الضبابي بالتحكم على أساس الوصف اللغوي للعملية، وهو أكثر دقة من النموذج الرياضي. والنتيجة هي تحسين الأداء خاصة بالنسبة للأنظمة ذات العلاقات غير الخطية بين مدخلات التحكم أو مخرجات العمليات أو تلك التي يصعب وضع نموذج رياضي لها.

4. تسمح آلية التكيف الذاتي للمتحكم بتحسين نفسه باستمرار. وتعدل الآلية مكاسب تعريف الهوية الشخصي على الإنترنت لضمان الأداء الأمثل، بغض النظر عن التغيرات في ديناميات العملية والظروف البيئية.

رصد الأداء: لتقييم النظام التكيفي الذاتي#أداء 39; يجب أن يكون قادرًا على مراقبة تقدمه. يتم رصد مؤشرات الأداء الرئيسية، مثل تكامل الأخطاء المربعة (ISE)، أوقات الترسيب (مقدار الوقت اللازم لدرجة حرارة العملية للبقاء في نطاق التحمل المحدد حول النقطة المحددة) والتجاوزات (الدرجة التي تم تجاوز النقطة المحددة قبل التسوية). يتم حساب هذه القياسات بشكل مستمر من قبل المتحكم على أساس كل من إشارة الخطأ وكذلك استجابة العملية.

تحديد احتياجات التكيف: يحدد نظام التكيف الذاتي ما إذا كانت مكاسب تعريف الهوية الشخصية التي يتم تحقيقها حاليًا كافية أو ما إذا كانت هناك حاجة إلى تعديلات. وستطلق الآلية عملية التكيف إذا انخفض الأداء دون عتبة تشير إلى النظام#39; عدم الكفاءة. يمكن تصميم معايير محددة لتفعيل التعديلات وفقًا لاحتياجات التطبيق.

الضبط عبر الإنترنت: بعد ذلك، يقوم النظام ذاتي التكيف بحساب القيم الجديدة لاكتساب تعريف الهوية الشخصي. وعادة ما يتم ذلك مرة أخرى باستخدام المنطق التقريبي، ولكن هذه المرة تستند قيم التعديل على الخطأ ومعدل الخطأ والانحراف في الأداء. تم تصميم هذه القواعد الغامضة لتحسين أداء النظام من خلال زيادة أو تقليل المكاسب. وستدرج المكاسب الجديدة في حسابات كشوف الأداء، التي تواصل رصد أداء النظام وتعديله حسب الاقتضاء. يضمن الضبط عبر الإنترنت تشغيل وحدة التحكم دائمًا بأفضل المكاسب المتاحة للظروف.

5. تآزر المنطق الضبابي + التكيف الذاتي

يوفر المنطق الضبابي الذكاء لاتخاذ قرارات تكيفية. وهي تسمح للمحكمين بالتعامل مع العملية المعقدة غير الخطية واتخاذ القرارات باستخدام القواعد اللغوية. تضمن آليات التكيف الذاتي أن المتحكم يحسّن باستمرار، ويضبط مكاسب تعريف الهوية الشخصية عبر الإنترنت من أجل الحفاظ على الأداء الأمثل بغض النظر عن التغيرات في ديناميكيات العملية أو الظروف البيئية. يوفر المنطق الضبابي الذكاء لاتخاذ قرارات تكيفية. وهي تسمح للمحكمين بالتعامل مع العملية المعقدة غير الخطية واتخاذ القرارات باستخدام القواعد اللغوية. تضمن آليات التكيف الذاتي أن المتحكم يحسّن أداءه باستمرار، ويضبط مكاسب تعريف الهوية الشخصية عبر الإنترنت من أجل الحفاظ على الأداء الأمثل بغض النظر عن التغيرات في ديناميكيات العملية أو الظروف البيئية. جهاز التحكم قادر على أداء أفضل وأكثر قوة من أجهزة التحكم في تعريف المنتج التقليدية.

تحديد النظام: فهم خصائص عمليات درجة الحرارة التي تحتاج إلى التحكم هي الخطوة الأولى. من الضروري جمع البيانات حول كيفية تفاعل عملية درجة الحرارة مع التغيرات البيئية والتحكم في المدخلات. توفر عملية تحديد النظام المعلومات اللازمة لإنشاء وحدة تحكم فعالة، وتحديد معلمات آليات المنطق التكيفية والضبابية.

تصميم التحكم المنطقي الضبابي: في هذه الخطوة، ستقوم بتصميم التحكم المنطقي الضبابي نفسه. ثم تصاغ القواعد غير الواضحة. ويتضمن ذلك تحديد معلمات الإدخال والإخراج، واختيار وظائف العضوية المناسبة وصياغة المنطق التقريبي. وبالنسبة لأولئك الذين لا يملكون معرفة واسعة بالمنطق التقريبي، هناك مجموعة متنوعة من أدوات البرامج التي ستساعدهم في تصميم وتنفيذ وحدات تحكم المنطق التقريبي.

تصميم المنطق التكيفي الذاتي في هذه الخطوة، تم تصميم المنطق لمراقبة وضبط مكاسب تعريف الهوية الشخصية في الوقت الحقيقي. وقد يكون من الضروري تصميم قواعد غامضة تحدد الطريقة التي يتم بها تحديد المكاسب استنادا إلى مقاييس الأداء ومعدلات الخطأ والأخطاء الحالية.

التكامل: بعد ذلك، ادمج جهاز التحكم ذاتي التكييف في باقي نظام التحكم في درجة الحرارة. يلزم توصيل جهاز التحكم والمستشعر والمشغل. قم بتوصيل جهاز التحكم بكل من المستشعر والمشغل من أجل إرسال الإشارات.

الضبط والاختبار: في المرحلة النهائية، ستقوم باختبار وضبط النظام. وقد يكون من الضروري إجراء عمليات محاكاة أو تجربة من أجل تقييم أداء النظام. وقد يكون من الضروري تعديل القواعد الغامضة أو معايير التكيف للحصول على النتائج المرجوة.

6. الرسم التوضيحي لتطبيق: فرن صناعي

جهاز التحكم في تعريف المنتج ذاتي التكيف هو حل عالي الكفاءة للأفران الصناعية. في العديد من الصناعات، تعتبر الأفران ضرورية لعمليات التجفيف والخبز والمعالجة. يضمن التحكم الدقيق في درجة الحرارة جودة المنتج وكفاءته. يمكن لجهاز التحكم في تعريف الهوية الشخصي ذاتي التكيف التعامل مع أوضاع التدفئة المعقدة والحفاظ على الاستقرار على الرغم من التغيرات في الحمل. كما أنه يستجيب للاضطرابات ويحسن اتساق المنتجات.

وصف العملية وأدوات التحكم الخاصة بالفرن

الأفران الصناعية تعمل عن طريق تسخين المواد داخل درجة حرارة معينة على مدى وقت محدد. اعتمادا على المنتج، ملف الفرن#يمكن أن تكون درجة حرارة 39 درجة مختلفة. وقد يكون من الضروري أيضًا الحفاظ على درجة الحرارة عند مستوى معين لتحقيق الجودة المطلوبة. متطلبات التحكم للتحكم تشمل الحفاظ على دقة درجة الحرارة، والحد من تقلبات درجة الحرارة، وضمان التسخين حتى في الفرن بأكمله. يمكن لجهاز التحكم في تعريف الهوية الشخصي ذاتي التكيف إدارة عناصر التدفئة بشكل فعال لتلبية هذه المتطلبات. يمكن لوحدة التحكم تغيير طاقة الخرج على أساس الخطأ الحالي في درجة الحرارة ومعدل تغيير الخطأ. وتضمن آليات التكيف الذاتي ضبط وحدة التحكم لمكاسب معرِّف المعلمات السريع، وتحسين إجراء التحكم اعتمادًا على ظروف التشغيل. والنتيجة هي تحسين جودة المنتج، وانخفاض استهلاك الطاقة وتحسين الأداء.

7. فوائد العالم الحقيقي:

ويقدم تنفيذ وحدة تحكم ذاتية التكيف في تعريف الهوية الشخصي غير المباشر فوائد تتجاوز النظرية. ويمكن أن تقدم تحسينات ملموسة للتطبيق في العالم الحقيقي. وتحسينات الأداء تترجم إلى مزايا عديدة:

الأداء المتفوق في رفض الاضطرابات: المتحكم في تعريف الهوية الشخصي ذاتي التكيف متفوق في قدرته على رفض الاضطرابات. يمكن لجهاز التحكم ضبط درجة الحرارة بسرعة لحساب العوامل الخارجية، مثل التغيرات في درجات الحرارة المحيطة أو اختلافات الحمل. من المهم أن تكون قادرة على الحفاظ على درجات الحرارة مستقرة على الرغم من الاضطرابات الخارجية، وخاصة بالنسبة للعمليات التي تتأثر بتقلبات درجات الحرارة. وتتمثل النتائج في تقليل الهدر وزيادة الغلة والاتساق في نوعية المنتج.

تحسين التعامل مع اللاخطية في الحياة الواقعية، العديد من العمليات عرض السلوك غير خطي. وذلك لأن العلاقة بين مدخلات التحكم في عملية الإخراج غير خطية. وحدة التحكم في تعريف الهوية الشخصية ذاتية التكيف مناسبة بشكل خاص للتعامل مع غير الخطية. يسمح المنطق الضبابي لوحدة التحكم بنموذج أفضل للعلاقة غير الخطية بين مدخلات التحكم ومخرجات العمليات وعلاقاتهم.

أقل حساسية لتغيرات معلمة المعالجة: بفضل آليات التكيف الذاتي، لن يكون المتحكم حساسًا بشكل مفرط لأي تغيرات. وسوف يحافظ جهاز التحكم على أدائه الأمثل، حتى عندما تتغير خصائص العملية، مثل تغير ظروف التحميل أو المكونات القديمة. هذه المرونة هي ميزة هامة لأنها تلغي الحاجة إلى التدخل يدويا وتوفير أداء ثابت.

وقت استجابة أسرع وثبات أكبر: يمكن أن توفر معرفات التكيف الذاتي الغامض معدل استجابة أسرع واستقرار أكبر من معرفات التكيف الشخصية التقليدية. ويمكن أن يقوم مكون المنطق التقريبي بنمذجة العمليات المعقدة، وآلية التكيف الذاتي بتحسين عمل التحكم بشكل مستمر. والنتيجة هي تحسين جودة المنتج، وانخفاض استهلاك الطاقة وتحسين الأداء.