أولا ، مقدمة
في نظام التحكم في الأتمتة الصناعية الحديثة ، لا شك أن وحدة التحكم في PID (التناسق المنطقي) هي واحدة من أكثر خوارزميات التحكم شيوعًا وأهمية. تستخدم وحدات التحكم على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من مناسبات التحكم الصناعي ، مثل التحكم في درجة الحرارة ، والضغط ، والتدفق ، والتدفق. السيطرة وما إلى ذلك ، بسبب خصائصها البسيطة والعملية والقوية. في هذه الورقة ، يتم وصف المفهوم الأساسي لوحدة التحكم في PID ، ومبدأ العمل ، والدور ، والمزايا والتحديات في التطبيقات العملية بالتفصيل.
ثانياً ، المفهوم الأساسي لوحدة التحكم في PID
PID Controller ، والمعروفة باسم وحدة تحكم متكررة تناسبية ، هي خوارزمية تحكم قائمة على الانحراف. إنه يستمد كمية التحكم من خلال العمليات النسبية والتكاملية والتفاضلية على انحراف النظام ، ثم يتحكم في الكائن الخاضع للرقابة. الحالة السابقة (أي ، جزء لا يتجزأ من الانحراف) وضبط كمية التحكم وفقًا لذلك لجعل إخراج النظام تتبع قيمة المجموعة بسرعة ودقة.
ثالثًا ، مبدأ عمل وحدة تحكم PID
يمكن تلخيص مبدأ عمل وحدة تحكم PID في الخطوات التالية:
التحكم النسبي (P):التحكم النسبي هو أساس وحدة تحكم PID ، والتي تعدل مباشرة مقدار التحكم وفقًا لحجم انحراف النظام. كلما زاد الانحراف ، كلما تم ضبط كمية التحكم ؛ كلما كان الانحراف أصغر ، كلما تم ضبط كمية التحكم. يمكن أن يستجيب التحكم النسبي بسرعة لانحرافات النظام ، ولكن هناك خطأ مستقر في الحالة.
التحكم المتكامل (ط):يتم تقديم التحكم المتكامل للتخلص من خطأ الحالة المستقرة. إنه يؤدي عملية متكاملة على الانحراف لاشتقاق مصطلح متكامل يتناسب مع مدة الانحراف ويضيفه إلى كمية التحكم. يمكن للسيطرة المتكاملة أن تقلل تدريجياً من خطأ الحالة المستقرة ، ولكنه يمكن أن يؤدي أيضًا إلى استجابة نظام أبطأ أو تشبع متكامل.
التحكم التفاضلي (د):يتم تقديم التحكم التفاضلي لتحسين الأداء الديناميكي للنظام. إنه يعمل من خلال التمييز بين الانحراف لاشتقاق مصطلح تفاضلي يتناسب مع معدل تغيير الانحراف وإضافته إلى كمية التحكم. يمكن أن يتنبأ التحكم التفاضلي باتجاه انحراف النظام وضبط كمية التحكم مقدمًا ، وبالتالي تسريع استجابة النظام وتقليل كمية التجاوز.
تتكون كمية التحكم في وحدة تحكم PID من مصطلحات متناسبة وتكاملية وتفاضلية ، وتعبيرها الرياضي هو:
u (t)=kp * e (t) + ki * ∫e (t) dt + kd * de (t)/dt
عندما يكون U (t) كمية التحكم ، فإن KP هو المعامل النسبي ، KI هو المعامل المتكامل ، KD هو المعامل التفاضلي و E (t) هو انحراف النظام.
رابعًا ، دور وحدة تحكم PID
تتمتع وحدة التحكم PID بدور مهم في نظام التحكم في الأتمتة الصناعية ، ويعكس بشكل أساسي في الجوانب التالية:
تحسين دقة النظام:تحكم PID من خلال انحراف النظام للتحكم الدقيق ، بحيث يمكن لمخرج النظام بسرعة ودقة تتبع القيمة المحددة ، وبالتالي تحسين دقة النظام.
تحسين الأداء الديناميكي للنظام:من خلال إدخال التحكم التفاضلي ، تكون وحدة تحكم PID قادرة على التنبؤ باتجاه انحراف النظام وضبط كمية التحكم مقدمًا ، وبالتالي تسريع سرعة استجابة النظام وتقليل كمية التجاوز. في الوقت نفسه ، من خلال ضبط المعاملات النسبية والتكاملية والتفاضلية ، يمكن تحسين الأداء الديناميكي للنظام.
القضاء على خطأ الحالة المستقرة:يمكن لـ PID Controller تقليل خطأ الحالة المستقرة تدريجياً عن طريق إدخال عنصر تحكم متكامل ، بحيث يتم تثبيت إخراج النظام بالقرب من القيمة المحددة.
تبسيط تصميم النظام:يحتوي جهاز التحكم PID على بنية بسيطة ، وسهلة التنفيذ ، ويمكن تضمينها بسهولة في أنظمة التحكم المختلفة. في الوقت نفسه ، تتمتع وحدة تحكم PID بمتانة قوية ويمكنها التكيف مع بيئات العمل المختلفة وتغييرات الحمل.
خامسًا ، التطبيق العملي ومزايا وحدة تحكم PID
يحتوي جهاز التحكم PID على مجموعة واسعة من التطبيقات العملية ، بما في ذلك التحكم في درجة الحرارة ، والتحكم في الضغط ، والتحكم في التدفق ، والتحكم في مستوى السائل وما إلى ذلك. في هذه التطبيقات ، يمكن أن تزيد من وحدات التحكم في PID بشكل فعال من دقة النظام ، وتحسين الأداء الديناميكي للنظام ، والقضاء على أخطاء الحالة المستقرة ، وتبسيط تصميم النظام. بالمقارنة مع خوارزميات التحكم الأخرى ، فإن وحدة التحكم في PID لديها المزايا التالية:
عمومية قوية:ينطبق Controller PID على مجموعة متنوعة من الأنظمة الخطية وبعض الأنظمة غير الخطية ، دون الحاجة إلى نمذجة دقيقة لنموذج النظام.
تصحيح التصحيح المريح:يمكن تصحيح معلمات وحدة تحكم PID (معامل نسائي ، معامل متكامل ، معامل تفاضلي)) وتحسينه عن طريق التجربة أو المحاكاة ، وعملية التصحيح بسيطة ومريحة.
متانة قوية:تتمتع وحدة التحكم PID بقدرة قوية على التداخل والمتانة ، ويمكن أن تتكيف مع بيئات العمل المختلفة وتغييرات الحمل.
التكلفة المنخفضة: تكلفة تنفيذ وحدة تحكم PID منخفضة نسبيًا ، ويمكن استخدامها على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من نظام التحكم في الأتمتة الصناعية.
السادس ، تحديات تحكم تحكم PID وتحسينها
على الرغم من أن وحدة التحكم في PID لديها العديد من المزايا وتستخدم على نطاق واسع ، إلا أن هناك بعض التحديات والواحد للتحسين في التطبيقات العملية. على سبيل المثال ، يتطلب ضبط المعلمة لوحدات التحكم PID بعض الخبرة والمهارة ، وقد تتطلب أنظمة مختلفة إعدادات معلمة مختلفة ؛ في الوقت نفسه ، قد يكون تأثير التحكم في وحدات تحكم PID للأنظمة غير الخطية والمتغيرة للوقت أقل من المثالي. للتغلب على هذه التحديات ، اقترح الباحثون العديد من وحدات تحكم PID المحسنة ، مثل وحدات التحكم PID الغامضة ، وحدات التحكم في الشبكة العصبية ، وما إلى ذلك ، والتي تتم تكييفها بشكل أفضل مع احتياجات التحكم في الأنظمة غير الخطية والمتغيرة للوقت.
خاتمة
باعتبارها واحدة من أهم خوارزميات التحكم في أنظمة التحكم في الأتمتة الصناعية ، فإن PID Controller لديها مجموعة واسعة من التطبيقات والمزايا الكبيرة. من خلال فهم المفهوم الأساسي ومبدأ العمل وآلية تحكم PID ، يمكننا أن نتقن أساليب التصحيح واستراتيجيات التحسين في التطبيقات العملية بشكل أفضل. في الوقت نفسه ، يجب علينا أيضًا الانتباه إلى التحديات وتحسين مساحة تحكم PID ، واستكشاف خوارزميات تحكم جديدة ووسائل فنية لتحسين أداء وموثوقية نظام التحكم في الأتمتة الصناعية.