ماذا يعني تعريف الهوية الشخصية في الضوابط؟ Understanding PID Controllers and Their Applications (باللغة الإنجليزية)

تعلم ماذا تعني في التحكم، كيف؟وحدات التحكم في تعريف المعلماتالعمل، تطبيقاتهم، وأهمية التوليف. اكتشاف مزايا وحدود التحكم في تحديد الهوية الشخصية في الأتمتة الصناعية.

  1. المقدمة

التحكم التناسبي المتكامل المشتق (بالإنجليزية: Proportional-Integral-Derivative Control) هو مفهوم أساسي في أنظمة التشغيل الآلي الصناعي والتحكم في العمليات. يلعب تعريف المنتج دورًا أساسيًا في التأكد من عمل الأنظمة بفعالية وبشكل موثوق به -وبالتالي فإن معرفة ضوابط تعريف المنتج أمر حيوي إذا كان الشخص يعمل في الهندسة أو التصنيع أو أي مجال يعتمد على آليات تحكم دقيقة للنجاح.

  2. ما هو المشتق التناسبي المتكامل؟

يشير مصطلح PID إلى نظام التحكم في التغذية الراجعة النسبية والمتكاملة والمشتقة المستخدم على نطاق واسع في تطبيقات التحكم الصناعي. ويخدم كل عنصر في تعريف الهوية الشخصي وظيفة معينة -التناسب (التناسب) والتكامل والاشتقاق.

* نسبي (P): يتفاعل هذا المكون مع أي خطأ حالي بين النقطة المحددة المرغوبة وقيم متغيرات العملية الفعلية، وينتج مخرجات تتناسب مع تلك القيمة إذا كانت كبيرة بما يكفي ؛ وإلا فإن الإجراءات الضعيفة ستنفذ بدلاً من ذلك.

* العنصر المتكامل (I): يستجيب هذا العنصر المتكامل لأخطاء الماضي بجمع الكميات التراكمية ودمجها في إجراءات التحكم مع مرور الوقت، والمساعدة على إزالة أي أخطاء متبقية في حالة الثبات لا يمكن أن يزيلها التحكم النسبي وحده ؛ زيادة ضمان وصول متغيرات العملية إلى قيمها المحددة النقطة وبقائها بالقرب منها.

* الاشتقاق (D): يتفاعل المكون المشتق مع معدل تغيير الخطأ عن طريق التنبؤ بالأخطاء المستقبلية على أساس معدل التغيير الحالي، وتوفير تأثير مثبط وبالتالي تقليل تجاوز الحد وتحسين استقرار النظام.

  3. كيفية عمل أجهزة التحكم في تحديد الهوية

تعمل وحدات التحكم في تعريف المنتج من خلال آلية حلقة التغذية الراجعة مع ثلاثة عناصر أساسية هي النقطة المحددة ومتغير العملية ومتغير التحكم الذي يشكل هذه الحلقة.

* نقطة الانطلاق: تشير إلى القيمة المرغوبة التي يسعى النظام لتحقيقها.

* متغيّر العملية: القيمة الحالية لمعلمة النظام التي يجري التحكم فيها.

* متغير التحكّم: المخرجات من وحدة تحكم معرّف البيانات المسبّب التي تغيّر العملية لتفي بالنقطة المحدّدة.

تحسب وحدات التحكم في تعريف المعلمات قيم الخطأ باستمرار كالفرق بين قيم متغيرات النقطة المحددة وقيم متغيرات المعالجة، وذلك باستخدام الحدود النسبية والمتكاملة والمشتقة لاستخلاص عمليات التحكم في حسابات المتغيرات التي تضبط متغيرات العملية أقرب إلى قيمة النقطة المحددة. هذه الضوابط تمكن المزيد من تعديلات العملية مع اقتراب قيمة الخطأ من الصفر.

تستخدم أنظمة التحكم في درجة الحرارة ثلاثة أنواع من المتغيرات كمؤشرات: النقطة المحددة (درجة الحرارة المطلوبة)، ومتغير العملية (درجة الحرارة الحالية) ومتغير التحكم (أي الطاقة المزودة للتسخين). ويقوم جهاز التحكم في تعريف المعلمات (PID) بضبط هذه الطاقة عند الضرورة للحفاظ على درجات الحرارة المطلوبة.

  4. ضبط جهاز التحكم في الهوية الشخصية

ضبط وحدة التحكم في تعريف المنتج بدقة هو المفتاح لتحقيق الأداء الأمثل، وضمان تفاعله الفوري والدقيق عند حدوث تغييرات في نقطة معينة أو حدوث اضطرابات. هناك أساليب مختلفة لضبط أجهزة التحكم في معرِّف المعلمات ضبطًا دقيقًا:

* طريقة زيغلر -نيكولز: يتطلب هذا النهج الشائع للضبط الإرشادي تحديد جميع المكاسب التكاملية والمشتقة إلى الصفر مع زيادة المكاسب النسبية إلى أن يبدأ التذبذب ؛ ثم استخدام معلومات فترة الكسب/التذبذب النهائية لحساب معلمات تعريف المعلمات.

* طريقة كوهين -كون: وهي مناسبة بشكل مثالي لأنظمة المرتبة الأولى والزمن الميت (FOPDTs)، وتقدم هذه الطريقة صيغة لحساب معلمات التعرّف التفاعلي التفاعلي استناداً إلى استجابة خطوة نظامك.

* الضبط اليدوي: ينطوي ذلك على الضبط اليدوي لبارامترات الكشف المسبق أثناء رصد استجابة النظام ؛ )، فإن هذا النهج يعتمد على الخبرة والحدس، ولكنه قد يوفر ضبطًا فعالاً للمعايير.

وتشمل استراتيجيات الضبط الفعالة إجراء تعديلات إضافية مع خطوات صغيرة في البداية قبل زيادة الاستجابة أو الاستقرار حسب الضرورة. عند النظر في المقايضات بين الاستجابة والاستقرار فإنه أمر بالغ الأهمية أيضًا.

  5. تطبيقات المتحكمات PID

تستخدم وحدات التحكم في تعريف المنتج العديد من الاستخدامات عبر الصناعات والتطبيقات. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك:

* التحكم في درجة الحرارة: تُستخدم أجهزة التحكم في التكييف الحراري الإيجابي على نطاق واسع في أجهزة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والأفران ووحدات التبريد من أجل تحقيق التنظيم الدقيق لدرجة الحرارة.

* التحكم في السرعة: يمكن لأجهزة التحكم في تعريفات المنتج أن تنظم سرعات المحركات الكهربائية لتوفير التشغيل السلس والدقيق.

* التحكم في الضغط: يشيع استخدام أجهزة التحكم في الاستبدال بمؤشِّر الضغط في صناعات المعالجة للحفاظ على مستويات الضغط المرغوبة داخل خطوط الأنابيب والأوعية.

* التحكم في التدفق: تستخدم أجهزة التحكم في تعريف المنتج التفاعلي المستخدمة في المصانع الكيميائية ومحطات معالجة المياه منطق تعريف المنتج التفاعلي لرصد تدفقات السوائل والغاز للحفاظ على ظروف المعالجة المثلى وتنظيم هذه التدفقات وفقاً لذلك.

وتستخدم أجهزة التحكم في تعريف المنتج مسبقًا على نطاق واسع في الصهاريج والخزانات لتحقيق تنظيم مستوى السائل عند المستويات المثلى.

  6. أدفاالقيود والقيود 

وتمتاز أجهزة التحكم في تحديد الهوية الشخصية التابعة له بمزايا عديدة تفوق أساليب التحكم التقليدية، منها ما يلي:

* البساطة: من السهل عموماً فهم أجهزة التحكم في معرفات البيانات الشخصية وتنفيذها.

* تعدد الاستخدامات: يمكن تطبيقها عبر العديد من التطبيقات.

* الكفاءة: توفر أجهزة التحكم في معرفات الأعراض تحكما دقيقا ومستقرا، وتقدم نتائج دقيقة مع كل استخدام.

غير أن هذا النهج يأتي بمجموعته الخاصة من القيود:

* تعقيد التوليف: يمكن أن يكون التوليف الصحيح معقداً ويستغرق وقتاً طويلاً.

* النظم غير الخطية: قد لا تقدم وحدات التحكم في تعريف المنتج الشخصي نتائج مثلى عند تطبيقها على نظم غير خطية للغاية.

* حساسية الضجيج: يمكن أن تؤدي المصطلحات المشتقة إلى تفاقم الضجيج داخل النظام وزيادة عدم الاستقرار، مما قد يؤدي إلى انهياره.

  7. خاتمة

التحكم في تعريف المنتج (PID) هو مفهوم أساسي في أنظمة التشغيل الآلي الصناعي والتحكم في العمليات. إن فهم مبادئها، وكيفية عمل وحدات التحكم في تعريف الهوية الشخصي وضبطها بشكل صحيح هي عناصر حاسمة للوصول إلى الأداء الأمثل للنظام. في حين أن لديها أوجه القصور الخاصة بها، تظل وحدات التحكم في تعريف المنتج حلولاً متعددة الاستخدامات تناسب العديد من تطبيقات التحكم -بل إن مستقبلها قد يحمل تحسينات متزايدة لأساليب الضبط مع تطور التكنولوجيا إلى جانب استراتيجيات التحكم المتقدمة.