What is a PID Controller and How Does It Work: A Comprehensive Guide (باللغة الإنجليزية)

اكتشف ماوحدة التحكم في تعريف المعلمات) وكيفية عملها في هذا الدليل الشامل. التعرف على المكونات ومبادئ العمل والأنواع وطرق الضبط والتطبيقات الخاصة بأجهزة التحكم في تعريف المعلمات.

  1. المقدمة

وحدات التحكم التناسبية المتكاملة المشتقة (PID) هي آليات تغذية راجعة لدائرة التحكم توجد عادة في أنظمة التحكم الصناعية. ووظيفتها الرئيسية هي الحفاظ على النواتج المطلوبة عن طريق التقليل إلى أدنى حد من الانحراف بين النقطة المحددة ومتغير العملية ؛ تلعب أجهزة التحكم في تعريف المنتج دورًا أساسيًا في تطبيقات التحكم في درجة الحرارة والضغط والسرعة نظرًا لقدرتها على التحكم الدقيق والمستقر.

  2. مكونات وحدة التحكم في كشف الهوية الشخصية

* المكون النسبي: ينتج هذا المكون مخرجات تتناسب مع قيمة الخطأ الحالية. مكسبها النسبي (Kp) يحكم رد فعلها ضد هذا الخطأ -مع قيم Kp الأعلى تسفر عن استجابات أكثر عدوانية لأي حوادث محتملة.

* العنصر المتكامل: يلخص هذا العنصر المتكامل الأخطاء بمرور الوقت ويدمجها في إجراءات التحكم، في حين أن العنصر المتكامل (Ki) يساعد في القضاء على أخطاء الحالة الثابتة المتبقية التي لا يستطيع العنصر التناسبي وحده القيام بها.

* العنصر الاشتقاقي: يتنبأ هذا العنصر بالأخطاء المستقبلية استناداً إلى معدل تغيرها ؛ بينما يوفر Kd تأثير تثبيط للحد من تجاوز الحد والحفاظ على الاستقرار داخل النظام.

  3.  كيفية عمل وحدة التحكم في الهوية الشخصية

تعمل أجهزة التحكم في تعريف المعلمات من خلال حساب قيم الخطأ باستمرار باعتبارها الفرق بين النقطة المحددة المطلوبة وقياسات متغيرات المعالجة، ثم تطبيق التصحيح اعتمادًا على حدود التكامل النسبي والمشتقات لتعديل العمليات لتقليل قيم الخطأ. ويشمل عملهم التحكمي جميع العناصر الثلاثة التي تعمل معًا من أجل تحسين العمليات من أجل تقليل الأخطاء الخاصة بها.

  4. حلقة التعليقات

تعتمد أجهزة التحكم في تعريف الهوية الشخصي على حلقات التغذية الراجعة كعنصر أساسي للحفاظ على استقرار ودقة الأنظمة. وهي تعمل من خلال قياس متغيرات العملية بشكل منتظم مقابل قيم النقطة المحددة، ثم حساب أي اختلافات لحساب الأخطاء قبل إجراء التصحيحات اللازمة على متغير التحكم لجعل قيم العملية أقرب إلى مستويات النقطة المحددة. في الواقع، تستمر هذه الحلقة في التكرار حتى يتم الحفاظ على التوازن والدقة من خلال الضبط المستمر لتعديل متغير التحكم حسب الضرورة في دورة لا نهاية لها.

على سبيل المثال، نظام التحكم في درجة حرارة الفرن حيث يقوم جهاز التحكم في تعريف المنتج بإدارته عن طريق الحفاظ على ثبات درجات الحرارة بداخله، مع الرغبة في تحديد نقطة معينة ومتغير العملية هو درجات حرارة الفرن الفعلية. من خلال ضبط مكاسبها النسبية والمتكاملة والمشتقة لتحقيق تحكم دقيق مع الحد الأدنى من أخطاء تجاوز الهدف والحالة الثابتة.

  5. أنواع المتحكمات PID

يمكن تقسيم وحدات التحكم في تعريف المنتج بشكل عام إلى فئتين رئيسيتين، التناظرية والرقمية.

* أجهزة التحكم في معرفات المعلمات التناظرية: تستخدم أجهزة التحكم هذه المكونات الإلكترونية التناظرية لتنفيذ خوارزمية معرفات المعلمات، التي توجد عادة في النظم القديمة والمعروفة ببساطتها وموثوقيتها.

* أجهزة التحكم الرقمية في تعريف المنتج: تقوم المعالجات الرقمية بإجراء حسابات تعريف المنتج على أجهزة التحكم هذه من أجل تحقيق قدر أكبر من المرونة والدقة في استراتيجيات التحكم المعقدة وتسهيل الاندماج في نظم التحكم الحديثة.

  6. ضبط جهاز التحكم في الهوية الشخصية

يتضمن ضبط وحدة التحكم في تعريف المعلمات الضبط الدقيق لمكاسبها النسبية والتكامل والمشتقة من أجل الأداء الأمثل. وهناك تقنيات مختلفة لهذه المهمة من قبيل:

* طريقة زيغلر -نيكولز: يتضمن هذا الأسلوب الشائع لضبط الاستدلال تحديد المكاسب المتكاملة والمشتقة إلى الصفر قبل زيادة الكسب النسبي حتى يبدأ تذبذب النظام، ثم مراعاة الكسب النهائي/الفترة لحساب باراميتيرات تحديد المكسب النسبي.

* التجربة والخطأ: ينطوي هذا الأسلوب على تعديل مكاسب معرِّفات البيانات الشخصية يدوياً إلى حين ملاحظة استجابتها في النظام، ولكنه يتطلب الخبرة والحدس من أجل الاستخدام الفعال في النظم البسيطة.

* أدوات البرمجيات: غالباً ما تتضمن أدوات التحكم الرقمية الحديثة في تعريف الشخصية الشخصية أدوات برمجيات مصممة لتسهيل عمليات التوليف تلقائياً. وتستخدم هذه البرامج المتطورة خوارزميات تعمل على تحسين معلمات تعريف الهوية الشخصية استناداً إلى بيانات استجابة النظام.

  7. تطبيقات وحدة التحكم في الهوية الشخصية

يمكن استخدام أجهزة التحكم في تعريف الهوية الشخصية في عدد كبير من التطبيقات بسبب تنوعها وفعاليتها، بما في ذلك تلك الواردة أدناه. بعض الأمثلة:

* تطبيقات أخرى: تستخدم أجهزة التحكم في تحديد الهوية الشخصية استخداماً واسع النطاق عبر نظم السيارات والتطبيقات الفضائية الجوية والعديد من المجالات الأخرى التي تتطلب تحكماً دقيقاً.

المزايا والقيود * توفر وحدات تحكم تعريف المنتج تحكما دقيقا ومستقرا، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تنظيما دقيقا. * الفوائد

* الاستخدامات المتعددة: يمكن استخدام هذه المضخات في أوضاع مختلفة من تنظيم درجات الحرارة إلى العمليات الصناعية المعقدة.

* سهولة الاستخدام: يمكن أن تكون وحدات التحكم في تعريف المنتج سهلة الاستخدام نسبياً في تنفيذها ولطفها، وخصوصاً باستخدام وحدات التحكم الرقمية الحديثة وأدوات البرمجيات.

القيود

غالبًا ما يكون ضبط وحدات تحكم تعريف المعلمات أمرًا صعبًا في الأنظمة ذات الديناميكيات المعقدة. وضبط هذه الضوابط يتطلب الدقة. * التعقيد

* الحساسية للضجيج: تتمتع المكونات المشتقة بالقدرة على تضخيم ضجيج النظام وخلق عدم الاستقرار.

* قابلية التكيف المحدودة: قد تواجه وحدات التحكم في تعريف الهوية الشخصية صعوبات في أنظمة تتميز بتحولات ديناميكية أو عدم خطوط تتغير بشكل جذري، على الرغم من أن هذه الأنواع من وحدات التحكم يمكن أن تحسن الأداء العام للنظام.

  8. خاتمة

أصبحت أجهزة التحكم في تعريف الهوية الشخصية عنصرا أساسيا في أنظمة التحكم الحديثة، حيث توفر تنظيما دقيقا ومستقرا عبر مجموعة متنوعة من التطبيقات. إن فهم كيفية عمل أجهزة التحكم في تعريف الهوية الشخصية أمر أساسي لتحسين أدائها ــ مع تقدم التكنولوجيا، تتكيف مُعرفات الهوية الشخصية بشكل مستمر، الأمر الذي يوفر مرونة ودقة أكبر داخل أنظمة التحكم.