تم تصميم PID Control for Dummies لأولئك الذين يبحثون عن فهم أفضل للتحكم PID دون التورط في المفاهيم التقنية المعقدة.
سواءً كنت تقنيًا أو طالبًا في مجال الأجهزة، فإن هذه المقالة تهدف إلى أن تكون موردًا يرشدك نحو معرفة وحدة التحكم في أجهزة التحكم في الأجهزة.
سوف تتعرف على أصول التحكم، وكيفية عمل PID، وأهمية التحكم PID في الصناعات المختلفة، ونصائح لتحسين العملية الخاصة بك.
من الصعب مناقشة تنظيم PID دون التطرق إلى تاريخه. في بداية القرن العشرين، لاحظ نيكولاس مينورسكي أن السفن لم تكن قادرة على الحفاظ على مسار ثابت على الرغم من الجهود المتواصلة التي يبذلها طاقم الإرشاد.
ثم قام السيد مينورسكي بتطوير حل للحاجة إلى: استخدام جهاز تحكم آلي، والذي يمكنه، من خلال استغلال الاختلافات بين الاتجاه المطلوب والاتجاه الفعلي، ضبط الدفة لضمان ملاحة أكثر سلاسة.
كان هذا هو الأساس لولادة التحكم PID، وكان تأثيره على التحكم في العمليات الصناعية كبيرًا.
لفهم كيفية عمل وحدة تحكم PID بسهولة، دعونا نلقي نظرة على مثال بسيط وشائع لحلقة تحكم - فرن الفخار.
يجب الحفاظ على درجة الحرارة داخل الفرن عند نقطة ضبط ثابتة، على سبيل المثال 800 درجة مئوية.
بدلاً من نظام التحكم في التشغيل/إيقاف التشغيل البسيط (يتم تشغيل الفرن أو إيقاف تشغيله)، فإن جهاز التحكم في درجة الحرارة PID سيحافظ على ثبات درجة الحرارة هذه لتجنب أي انحراف قد يؤدي إلى تدهور جودة المنتج داخل الفرن.
إليك كيفية عمل ذلك.
تتضمن بداية عملية التحكم جهاز مستشعر درجة الحرارة المزدوج الحراري الذي يراقب درجة الحرارة داخل الفرن.
تتم مقارنة قياس درجة الحرارة هذا مع نقطة ضبط درجة الحرارة (800 درجة مئوية في هذا المثال).
يتم إرسالالفرق بين هاتين القيمتين، والمعروف بالخطأ، إلى وحدة التحكم PID، والتي تقوم بصياغة إجراء تصحيح على الخرج لتقليل الخطأ.
هذا التصحيح عبارة عن حاصل ضرب ثلاث دوال أو كميات: المصطلحات: التناسبية (P) والتكاملية (I ) والمشتقة (D ) تشكل معًا الاسم المختصر PID (المشتق التناسبي التكاملي).
يعادل إجراء النطاق النسبي ضرب الخطأ في المعامل النسبي (Kp). يضبط هذا الإجراء خرج وحدة التحكم بحيث يكون متناسبًا مع الخطأ. لذلك إذا كان الخطأ أو الاضطراب كبيرًا، فسيكون التصحيح كبيرًا أيضًا، والعكس صحيح.
يهدف الإجراء المتكامل إلى التخلص من الخطأ المستمر من خلال تجميع الأخطاء السابقة ودمجها مع مرور الوقت. يعمل هذا الإجراء على تقريب النظام تدريجياً من نقطة الضبط من خلال ضبط الخرج كدالة للخطأ المتكامل. يحدد المعامل التكاملي (Ki) تأثير هذا المكون.
يتعلق الإجراء المشتق بمعدل تغير الخطأ. يسمح هذا الإجراء التنبؤي للنظام بالتفاعل مع الأحداث المستقبلية بناءً على الاتجاهات المرصودة. يقوم المعامل المشتق (Kd) بضبط تأثير هذا الإجراء لتحسين التحكم.
قد يبدو ضبط وحدة التحكم في المشتق التناسبي التكاملي التناسبي أمرًا شاقًا، ولكنه ضروري لضمان سير العملية بسلاسة. تؤثر كل من معلمات الضبط، P وI وD، على كيفية تفاعل وحدة التحكم مع التغيرات في قيمة العملية.
يمكن للإعدادات الصحيحة تحسين استقرار وأداء نظامك بشكل كبير.
ومع ذلك، يمكن أن يؤدي سوء ضبط الإعدادات، على العكس من ذلك، إلى حدوث تذبذبات وتذبذبات مفرطة وتفاعلات ناقصة، مما يؤدي إلى تدهور جودة التحكم في العملية.
طريقة زيجلر-نيكولز هي طريقة معروفة جيدًا لضبط معلمات وحدة تحكم PID.
تتكون هذه الطريقة من التسبب في تذبذب النظام أو العملية عن طريق ضبط الكسب النسبي (Kp) حتى يصل إلى حد الاستقرار.
ثم يتم استخدام فترة التذبذب والكسب الحرج لتحديد المعاملات التناسبية (Kp) والتكاملية (Ki) والمشتقة (Kd) المثلى.
على الرغم من أن هذه الطريقة ملائمة للتعديل المبدئي لمعلمات PID، إلا أنه من المهم ملاحظة أن تحسين نظام التحكم قد يتطلب مزيدًا من التعديلات. وتعتمد هذه التعديلات على الاستجابة المطلوبة والقيود المحددة للعملية.
إذا كان نظامك يعاني من عدم استقرار متأصل، أو مشاكلأخرى سائدة مثل التأخيرات، والاضطرابات، والضغوط الخارجية، وما إلى ذلك، فإن وحدة التحكم P، I، D يمكنها فقط تخفيفها وليس القضاء عليها تمامًا. في بعض الأحيان يكون من المفيد إعادة تصميم العملية.
في الحلقة المغلقة، يتم تغذية المعلومات حول الحالة الحالية للعملية باستمرار إلى وحدة التحكم PID.
ويستخدم هذه المعلومات لإجراء تصحيح لمخرجاته، وبالتالي إبقاء العملية قريبة قدر الإمكان من نقطة الضبط.
تعمل هذه الآلية على تحسين دقة إدارة متغيرات العملية إلى حد كبير، مما يتيح تحكمًا أكثر إحكامًا واستقرارًا أكبر.
بالإضافة إلى ذلك، تساهم أنظمة الحلقة المغلقة مساهمة فعالة في مواجهة الاضطرابات الخارجية، مما يقلل من التقلبات غير المرغوب فيها.
يشير وضع التشغيل/إيقاف التشغيل إلى وضع تحكم يكون فيه النظام إما في وضع التشغيل بنسبة 100% أو في وضع إيقاف التشغيل بالكامل. لا توجد مستويات تشغيل وسيطة.
وباختصار، قد يكون التحكم بالتشغيل/إيقاف التشغيل مناسبًا للتطبيقات البسيطة والأقل تطلبًا. ومع ذلك، بالنسبة للتحكم الدقيق والفعال في درجة الحرارة، خاصة في البيئات الصناعية أو للعمليات الحرجة، يوفر التحكم PID مزايا كبيرة من حيث الاستقرار وكفاءة الطاقة وحماية المعدات.
النطاق التناسبي هو نطاق القيم التي يتحول ضمنها المتحكم من حالة إيقاف التشغيل إلى حالة الطاقة الكاملة (والعكس بالعكس) في التحكم التناسبي. وهو جزء من التحكم PID الذي يتفاعل وفقًا للفرق بين القيمة المطلوبة والقيمة الحالية. كلما زاد الفرق، زاد التصحيح الذي يتم إجراؤه.
النطاق المتكامل هو جزء من التحكم PID الذي يتراكم بمرور الوقت. إذا استمر الانحراف، مهما كان صغيرًا، سيستمر هذا التصحيح في الزيادة حتى يتم تصحيح الانحراف.
الإجراء المشتق في التحكم PID هو الجزء الذي يتفاعل مع سرعة تغير الانحراف. فهو يحاول التنبؤ بمستقبل هذا الانحراف وإجراء تصحيح وقائي لتقليل التغيرات السريعة جدًا.
تُستخدم وحدات التحكم PID على نطاق واسع في صناعات مختلفة مثلصناعة الأدوية، وصناعة الأغذية (مثل أفران المخابز أو أفران البيتزا)، وصناعة السيارات (مثل أكشاك الطلاء) في المختبرات (مثل اختبار مواد السيارات)، وفي الآلات الخاصة مثل آلات التعبئة والتغليف أو معالجة البلاستيك، ولا سيما في :
والعديد من التطبيقات الأخرى وأنظمة التحكم في درجة الحرارة
في فوجي إلكتريك، خبراء التحكم في درجة الحرارة الصناعية لدينا على استعداد لمساعدتك في اختيار وحدات التحكم PID المثالية لأنظمتك. وسوف نساعدك أثناء تشغيل وحدات التحكم لضبط إعدادات المعلمات.
سواءً كنت محترفًا متمرسًا أو مبتدئًا في هذا المجال، فإن فريقنا موجود هنا لتحويل التحكم PID إلى أصل عالي الأداء يمكن التحكم فيه لعملك.
