25.7 : وحدة التحكم PID

تُستخدم وحدات التحكم المتناسبة التكاملية المشتقة (PID) على نطاق واسع في أنظمة التحكم المختلفة لتعزيز الاستقرار والأداء. في منظم الحرارة، تضبط عملية التسخين أو التبريد بناءً على الفرق في درجة الحرارة بين المستويات الفعلية والمطلوبة. تُستخدم غالبًا في أنظمة سرعة السيارات، حيث تدير بشكل فعال التغيرات المفاجئة في السرعة مع الحفاظ على سرعة ثابتة في ظل ظروف مختلفة. من ناحية أخرى، تعمل وحدات التحكم التكاملية المشتقة المتناسبة (PI)، المستخدمة بشكل شائع في تنظيم الجهد، على تعزيز الاستقرار وتقليل خطأ الحالة المستقرة ولكنها تزيد من الوقت اللازم لتحقيق الجهد المطلوب.

يجمع متحكم PID بين ميزات كل من متحكمي PD وPI، ويوازن بين مزايا كل منهما ويعالج قيودهما. عند تصميم متحكم PID، يتم التعامل معه في البداية كجزء PI متصل على التوالي مع جزء PD. يتم ضبط الثابت النسبي لقسم PD على الوحدة لأن متحكم PID يتطلب ثلاثة معلمات فقط.

أولاً، يتم تنشيط مكون PD فقط. يتم ضبط مكسب المشتق لتحقيق الاستقرار المطلوب، والذي يتم تقييمه من خلال ملاحظة الحد الأقصى للتجاوز في مجال الوقت وقياسات هامش الطور في مجال التردد. تضمن هذه الخطوة استجابة وحدة التحكم بسرعة للتغييرات مع الحفاظ على الاستقرار الكافي.

بعد ذلك، يتم اختيار المكاسب التكاملية والتناسبية لقسم PI لتلبية متطلبات الاستقرار الشاملة.تساعد المكاسب التكاملية في التخلص من أخطاء الحالة المستقرة، بينما تعمل المكاسب التناسبية على ضبط استجابة النظام، مما يضمن أن وحدة التحكم تلبي معايير الاستقرار النسبي.

من خلال الجمع بين هذه المكونات، يدير متحكم PID بفعالية كل من السلوك المؤقت والثابت، مما يوفر حل تحكم أكثر شمولاً. تعمل العناصر النسبية والتكاملية والمشتقة معًا لتوفير استجابة متوازنة، مما يخفف من عيوب استخدام وحدات تحكم PD أو PI منفرده. يعد هذا النهج المتكامل ضروريًا في التطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا ومستقرًا، مثل منظمات الحرارة والأنظمة الصناعية المختلفة.