لیام الکترونیک
لیام الکترونیک
کنترلرPID یک سیستم کنترلی می باشد که خطاهای ما را کاهش می دهد. این سیستم کنترلی در خیلی از کارخانه ها و مکان ها برای کنترل فشار، دما، سطح و بسیاری از فرایندها کاربرد دارد. همه سیستم های کنترلی که در حال حاضر در جهان برای کاهش خطا استفاده می شود از همین سیستم کنترلرPID به عنوان پایه و اساس استفاده کرده اند. برای واضح تر شدن اینکه این سیستم کنترلی چیست مثالی را ذکر می کنیم. در کارخانه های قدیم که این سیستم کنترلی موجود نبود از انسان ها برای انجام کنترل ها استفاده می کردند. به مثال زیر دقت کنید تا تفاوت سیستم های کنترل دستی و سیستم کنترل اتوماتیک را بهتر متوجه شوید.
فرض کنید در یک کارخانه سیمان برای پختن مواد اولیه سیمان در کورده از شعله های با درجه حرارت متفاوت استفاده می کردند و این درجه حرارت باید توسط یک فرد کنترل می شد. نحوه کنترل به این صورت بود که یک نفر به صورت مداوم درجه حرارت بالای کوره را می خواند و با استفاده از آن گاز ورودی به کوره را به صورت دستی کم و زیاد می کرد. به عنوان مثالی دیگر همین شوفاژهایی که در بسیاری از خانه ها برای گرم کردن خانه استفاده می شود را می توان به عنوان یک سیستم کنترلی PID در نظر گرفت. در موتورخانه شوفاژها از یک مبدل حرارتی استفاده می شود که نیاز به کنترل دمای آن است.
در صورتی که سیستم کنترلرPID نباشد یک نفر باید به صورت مداوم گیج بالای مبدل را بخواند و دمای آب را کنترل کند تا آب بسیار داغ یا بسیار سرد نشود و خطاهایی که بوجود می آید را اصلاح کند. این سیستم کنترلی که توسط انسان انجام می شد خودش بسیار خطا داشت و نیاز به این بود که یک سیستم کنترلی اتوماتیک که خطاها را کاهش دهد و از خطرات جانی هم جلوگیری کند طراحی شود چون دما بالا بود و هر لحظه در معرض این دما بودن خطرناک بود. به شکل زیر دقت کنید:
در شکل بالا اُپراتور به گیج بالای آب دقت می کند و در صورتی که دمای آب زیاد بالا رود اُپراتور شیر گاز را کم کم می بندد تا دمای آب پایین بیاید و در صورتی که دمای آب زیاد کاهش یابد اُپراتور شیر گاز را کم کم باز می کند تا دمای آب بالا رود و به همین ترتیب یک نفر باید آماده و سرپا دمای آب را پایش کند و به صورت دستی شیر گاز را کم و زیاد کند. که کاری بسیار طاقت فرسا و سخت است.
فیدبک(Feedback); همین که اُپراتور از روی گیج دما را می خواند و میزان خطا را متوجه می شود فیدبک می نامند. یعنی نتیجه آخرکاری به ابتدای کار اطلاع داده می شود تا دستور مناسب انجام شود. در اینجا نتیجه آخرکار که همان دمای گیج می باشد به اُپراتور اطلاع داده می شود تا متوجه شود که شیر گاز را باید کم کند یا زیاد کند؟ فیدبک را با نام های دیگری همانند بازخورد یا پس خورد هم در کتاب های درسی پیدا می کنید.
در سیستم کنترل اتوماتیک دیگر نیازی به اُپراتور نیست. در این روش با استفاده از یک سیستم کنترلرPID تمامی کارهای یک اُپراتور را به صورت کاملا دقیق سنسورها و کنترلر ها انجام میدهند و نه خطای انسانی دارد و نه مسایل جانی و مالی و…!!!
حالا این سیستم کنترلی PID چگونه کار می کند؟
۱- یک شیر گاز کنترلی به جای شیر گاز دستی
۲- یک کنترلر PID به جای اُپراتور سخت کوش ما !!!
۳- یک انتقال دهنده دمای گیج به کنترلر( PID ترانسمیتر) ; نحوه عملکرد هم به این صورت است; که ابتدا ترانسمیتر یا همان انتقال دهنده دمای گیج، دمای خوانده شده مربوط به آب داغ را از طریق سیم ها به کنترلرPID منتقل می کنه(البته جدیدا به صورت وایرلس هم انجام می شود) و کنترلرPID هم یه نگاهی به داخل خودش میندازه ببینه این عددی که الان از بالای کوره اومده با عددی که قبلا انسانها بهش گفتن هم خوانی داره یا نه؟؟؟ چون ما قبلا به کنترلرPID گفتیم که ما دمای مثلا دمای ۵۰ درجه می خواهیم.
حالا کنترل کننده هم یه چشمش به عددی هست که از بالای کوره اومده و یه چشمش هم به عددیه که انسانها بهش دادن و خلاصه میفته تو کار مقایسه کردن! وقتی مقایسه کرد و اختلاف این دوعدد را متوجه شد سریع به شیر کنترلی دستور میده که شیر گاز رو کم کن یا زیاد کن تا دمای مورد نظر تنظیم بشه. شیرکنترلی هم مجبوره دستور نیروی مافوق رو اطاعت کنه وسریع شیر گاز را کم و زیاد می کند تا شعله کم و زیاد بشه; و دمای آب بالای کوره درست بشه.
در شکل به وضوح استفاده از یک سیستم کنترلی شرح داده شده است. یک شیر کنترلی هم مشاهده می کنید; که با استفاده از فشار هوا و ۴ عدد فنری که در بالای اون قرار دارد به صورت اتوماتیک گاز را کم و زیاد می کند. در محاسبات خطایی که کنترلر آن را متوجه می شود با E نشان می دهند که برگرفته از اول کلمه Error می باشد.
۱-سیستم های کنترلی حلقه باز
۲-سیستم های کنترلی حلقه بسته
۳-سیستم های کنترلی پیشرو
۱- سيستم كنترلي حلقه باز: (Open Loop Control System) در این سیستم کنترلی همانطور که از اسمش پیداست; هیچ گونه فیدبکی از خروجی نداریم. یعنی اینکه خروجی هیچ تاثیری بر ورودی ندارد و به هیچ وجه با هم مقایسه نمی شوند و هر کدام به حال خود رها می شود. در این سیستم کنترلی چون هیچ گونه بازخوردی از خروجی نداریم لازم است; که ورودی به دقت کالیبره شود و فقط در جاهایی کاربرد دارد که اغتشاشات و نویز کم است ;و دقت بالایی مدنظر نیست. مثلا ماشین لباس شویی نمونه ای از آن است. در ماشین لباش شویی لباس ها بر اساس زمانی که ما به ماشین می دهیم لباس را می شوید و خشک می کند و تحویل می دهد و اصلا به تمیزی و کثیفی لباس ها کاری ندارد وزیرا هیچ ابزای برای اندازه گیری کثیفی و تمیزی لباس ها ندارد. در هر سیستم کنترلی حلقه باز دو قسمت وجود دارد:
-کنترل کننده(در این مثال کلید است)
-کنترل شونده(در این مثال لامپ است)
همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید; در یک سیستم کنترلی حلقه باز بعد از اینکه کار انجام شد سیستم به حال خود رها می شود.
۲- سيستم كنترلي حلقه بسته(Closed Loop Control System)
يكى ديگر از انواع سيستم هاى كنترلى، سيستم كنترل حلقه بسته مى باشد. در سیستم کنترلی حلقه بسته خروجی اثر مستقیم بر ورودی می گذارد و به اصطلاح یک فیدبک داریم. مثلا یخچال یک سیستم کنترل حلقه بسته است. در یخچال تا زمانی که دمای درون آن به دمای مد نظر ما نرسیده باشد یخچال در حال کار کردن است و به محض اینکه به دمای مورد نظر برسد موتور یخچال خاموش می شود و با این عمل از یخ زدگی یا خراب شدن خوراکی های یخچال مراقبت می شود. در یخچال فیدبک توسط سنسور دما فرستاده می شود. به عنوان مثالی دیگر به شکل زیر دقت کنید:
دونده شروع به دویدن می کند و مربی هم به طور مرتب زمان دویدن را به او فیدبک(یا همان بازخورد یا پسخورد) می دهد و با این روش زمان دویدن را به مرور زمان کاهش می دهد و رکوردش را بهبود می بخشد. به این نحوه کنترل و فیدبک دادن سیستم کنترل حلقه بسته می گویند.
به عنوان مثالی دیگر سیستم کنترل حلقه بسته فتوسل را در نظر بگیرید. در بیشتر ساختمان ها برای صرفه جویی در انرژی و کنترل روشنایی از سیستم فتوسل استفاده می کنند نحوه کنترل هم بدین صورت است که هنگامی که فرد وارد ساختمان می شود فتوسل ورود فرد را تشخیص می دهد و لامپ را برایش روشن می کند.
شکل زیر هم مقایسه سیستم های کنترلی حلقه بسته و حلقه باز را نشان می دهد.
یکی از نکاتی که در تمام سیستم های کنترلی دیده می شود این است که همیشه ابتدا خطا به وحود می آید و سپس برای جبران آن اقدام می شود. اکنون میخواهیم سیستمی داشته باشیم که قبل وقوع خطا آن را جبران نماید. به این سیستم ها feedforward می گویند.
یک مخزن آب را در نظر بگیرید که به جای اینکه با ترانسدیوسر سطح آب داخل مخزن را اندازه گیری کنیم و براساس سطح آب داخل مخزن، شیر ورودی آب را باز یابسته نماییم، با کمک وسیله ای فلوی آب خروجی را اندازه گیری نماییم; و بر اساس فلوی خروجی آب ، ورودی آب به این سیستم را تعیید نماییم.
