يقوم نظام التحكم بإدارة أو سلوك أو توجيه أو تنظيم سلوك الأجهزة أو الأنظمة الأخرى باستخدام حلقات التحكم. يمكن أن تتراوح من وحدة تحكم التدفئة المنزلية واحدة باستخدام منظم الحرارة التحكم في المرجل المحلي لأنظمة التحكم الصناعية الكبيرة التي تستخدم للتحكم في العمليات أو الآلات.

بالنسبة للتحكم المعدل باستمرار ، يتم استخدام وحدة التحكم في التغذية الراجعة للتحكم التلقائي في عملية أو عملية. يقارن نظام التحكم القيمة أو الحالة لمتغير العملية (PV) الذي يتم التحكم به بالقيمة أو النقطة المضبوطة (SP) ، ويطبق الفرق كإشارة تحكم لإحضار المخرجات المتغيرة للعملية من المصنع إلى نفس القيمة مثل المضبوطة مسبقا.

بالنسبة للمنطق المتسلسل والتوافقية ، يتم استخدام منطق البرنامج ، كما هو الحال في وحدة تحكم منطقية قابلة للبرمجة.

الأهداف
يجب أن تحقق أنظمة التحكم الأهداف التالية:

تكون مستقرة وقوية ضد الاضطرابات والأخطاء في النماذج.
تكون فعالة وفقا لمعيار محدد مسبقا وتجنب السلوكيات المفاجئة وغير الواقعية.

احتياجات الإشراف على العمليات

حدود تصور أنظمة الاستحواذ والتحكم.
السيطرة مقابل مراقبة العملية
برنامج التحكم. إغلاق حلقة التحكم.
جمع وتخزين وتصور المعلومات.
بيانات التعدين.

تصنيف أنظمة التحكم وفقا لسلوكها وقياسها
التحكم: اختيار مدخلات النظام بحيث تتغير الحالات أو النواتج وفقا للطريقة المطلوبة. العناصر هي:

دائما موجود للتحقق من تحقيق الأهداف المحددة في التخطيط.
قياس. للسيطرة عليها من الضروري قياس وقياس النتائج.
كشف الانحرافات. إحدى الوظائف المتأصلة في التحكم هي اكتشاف الاختلافات التي تنشأ بين التنفيذ والتخطيط.
وضع تدابير تصحيحية. الهدف من التحكم هو التنبؤ بالأخطاء وتصحيحها.
عوامل التحكم الكمية والوقت والتكلفة والجودة.

المراقب المالي: (إلكترونيات). إنه جهاز إلكتروني يحاكي قدرة البشر على التحكم. عن طريق أربعة إجراءات تحكم: قارن وحسب وضبط والحد.

العملية: عملية مستمرة تدريجيًا أو تنمية طبيعية ، تتميز بسلسلة من التغييرات التدريجية التي تتبع بعضها البعض بطريقة ثابتة نسبياً وتؤدي إلى نتيجة أو هدف محدد. عملية تقدمية صناعية أو طوعية تتكون من سلسلة من الإجراءات أو الحركات الخاضعة للرقابة ، موجهة بشكل منهجي نحو نتيجة أو غرض معين. أمثلة: العمليات الكيميائية والاقتصادية والبيولوجية.

الإشراف: فعل مراقبة أعمال ومهام أخرى (فردية أو آلية) قد لا تعرف الموضوع بعمق.

فتح نظام التحكم في حلقة
وهو النظام الذي تعمل فيه العملية فقط على إشارة الدخل وينتج إشارة خرج مستقلة إلى إشارة الدخل ، ولكنها تستند إلى الإشارة الأولى. هذا يعني أنه لا توجد أية ملاحظات إلى وحدة التحكم بحيث يمكن لوحدة التحكم ضبط إجراء التحكم. أي ، لا يتم تحويل إشارة الإخراج إلى إشارة إدخال لجهاز التحكم.

مثال 1: خزان به خرطوم حديقة. وطالما بقي المفتاح مفتوحًا ، فسيتدفق الماء. لا يمكن أن يؤدي ارتفاع الماء في الخزان إلى إغلاق المفتاح وبالتالي لا يخدمنا في عملية تحتاج إلى التحكم في المحتوى أو التركيز.
مثال 2: عند صنع الخبز المحمص ، ما نقوم به هو التحكم في وقت نخب نفسه من خلال إدخال متغير (في هذه الحالة درجة نخبز نريده). باختصار ، الوقت الذي نقدمه كمعلمة هو الوقت.

تتميز هذه الأنظمة بما يلي:

كن بسيطا وسهلة الفهم.
لا شيء يضمن استقراره قبل حدوث اضطراب.
لا يقارن الإخراج مع الإدخال.
تتأثر بالاضطرابات. هذه يمكن أن تكون ملموسة أو غير ملموسة.
تعتمد الدقة على المعايرة السابقة للنظام.

نظام التحكم في الحلقة المغلقة
هذه هي الأنظمة التي يكون فيها إجراء التحكم دالة لإشارة الخرج. تستخدم أنظمة الحلقات المغلقة التعليقات من نتيجة نهائية لضبط إجراء التحكم وفقًا لذلك.

عنصر التحكم في حلقة مغلقة ضروري عند حدوث إحدى الحالات التالية:

عندما تكون العملية غير ممكنة للتنظيم من قبل الإنسان.
إن الإنتاج الكبير الذي يتطلب منشآت كبيرة ورجل غير قادر على التعامل.
إن رصد عملية صعبة بشكل خاص في بعض الحالات ويتطلب الانتباه إلى أن الرجل يمكن أن يخسر بسهولة بسبب الإرهاق أو الطرد ، مع ما يترتب على ذلك من مخاطر قد تتسبب في العامل والعملية.

خصائصها هي:

كن معقدًا ، ولكنه واسع في عدد المعلمات.
تتم مقارنة الناتج مع المدخلات ويؤثر عليك للتحكم في النظام.
ملاحظاتك الملكية.
كن أكثر استقرارًا للاضطرابات والتغيرات الداخلية.

مثال على نظام التحكم في الحلقة المغلقة هو خزان الماء الساخن الذي نستخدمه للاستحمام.

مثال آخر سيكون منظم مستوى حساس للغاية للودائع. تنتج حركة العوامة عوائق أكثر أو أقل في طائرة من الهواء أو الغاز عند ضغط منخفض. هذا يترجم إلى تغيرات الضغط التي تؤثر على صمام صمام المرور ، مما يؤدي إلى فتح أكثر كلما اقتربت من الحد الأقصى.

أنواع أنظمة التحكم
يتم تجميع أنظمة التحكم إلى ثلاثة أنواع أساسية:

أنظمة التحكم في الإنسان
مثل الأنظمة الكهربائية أو الإلكترونية التي تلتقط إشارات دائمة لحالة النظام الخاضع لسيطرتها ، وذلك عند اكتشاف انحراف المعلمات السابقة للتشغيل العادي للنظام ، التصرف عن طريق المستشعرات والمحركات ، لاتخاذ النظام مرة أخرى إلى ظروف التشغيل العادية التشغيل. مثال واضح على ذلك هو منظم الحرارة ، الذي يلتقط على التوالي إشارات درجة الحرارة. بمجرد أن تنخفض درجة الحرارة أو ترتفع وتذهب خارج النطاق ، فإنها تعمل بإضاءة نظام تبريد أو تسخين.

من خلال السببية يمكن أن تكون: السببية وليس السببية
يعتبر النظام سببيًا إذا كانت هناك علاقة سببية بين المخرجات ومدخلات النظام ، بشكل أكثر وضوحًا ، بين المخرجات والقيم المستقبلية للمدخلات.

وفقًا لعدد مدخلات ومخرجات النظام ، يتم تسميتها: وفقًا لسلوكهم

من المدخلات والمخرجات أو SISO (مدخل واحد ، خرج واحد).
واحد من المدخلات والمخرجات متعددة أو SIMO (مدخل واحد ، خرج متعددة).
من مدخلات متعددة ومخرج واحد أو MISO (مدخلات متعددة ، خرج واحد).
من مدخلات متعددة ومخرجات متعددة أو MIMO (متعددة المدخلات والمخرجات المتعددة).

وفقا للمعادلة التي تحدد النظام ، يطلق عليه:

خطي ، إذا كانت المعادلة التفاضلية التي تحدده خطية.
غير خطي ، إذا كانت المعادلة التفاضلية التي تحددها غير خطية.

إشارات أو متغيرات الأنظمة الديناميكية هي دالة الزمن. ووفقا لهذه النظم هي:

من وقت مستمر ، إذا كان نموذج النظام هو معادلة تفاضلية ، وبالتالي يعتبر الوقت غير قابل للقسمة. تسمى متغيرات الوقت المستمر أيضًا بالمتناظر.
من الوقت المنفصل ، إذا تم تعريف النظام من خلال معادلة للاختلافات. يعتبر الوقت مقسمة إلى فترات ذات قيمة ثابتة. إن قيم المتغيرات هي رقمية (أنظمة ثنائية ، سداسي عشري ، إلخ) ، ولا تُعرف قيمتها إلا في كل فترة.
من الأحداث المنفصلة ، إذا تطور النظام وفقًا للمتغيرات التي تكون قيمتها معروفة عند حدوث حدث معين.

وفقًا للعلاقة بين متغيرات الأنظمة ، سنقول ما يلي:

يقترن نظامان ، عندما ترتبط متغيرات واحدة منها بتلك الخاصة بالنظام الآخر.
يتم فصل نظامين ، إذا كانت المتغيرات من كلا النظامين لا علاقة لها.

اعتمادًا على تطور متغيرات النظام في الزمان والمكان ، يمكن أن يكون:

ثابتة ، عندما تكون متغيراتها ثابتة في الزمان والمكان.
ليست ثابتة ، عندما تكون متغيراتها غير ثابتة في الزمان أو المكان.

وفقًا لاستجابة النظام (قيمة المخرجات) فيما يتعلق بتغيير مدخلات النظام:

يعتبر النظام مستقرًا عندما تنتج أي إشارة دخل مقيدة استجابة محددة للمخرج.
يعتبر النظام غير مستقر عند وجود إدخال محدد واحد على الأقل ينتج استجابة غير محدودة للإخراج.

إذا قارنت أم لا ، فإن دخول وخروج نظام ، للتحكم في النظام الأخير ، يسمى النظام:

نظام الحلقة المفتوحة ، عندما يكون المخرج المراد التحكم فيه ، لا يقارن مع قيمة إشارة الدخل أو الإشارة المرجعية.
حلقة مغلقة النظام ، عندما يتم مقارنة الإخراج المراد التحكم مع الإشارة المرجعية. تُحمل إشارة الخرج بواسطة إشارة الدخل المراد مقارنتها ، وتُسمى ردود فعل الإشارة أو الملاحظات.

اعتمادا على إمكانية التنبؤ بسلوك النظام ، أي استجابته ، يتم تصنيفها على النحو التالي:

نظام محدد ، عندما يمكن التنبؤ بسلوكه المستقبلي ضمن حدود التسامح.
نظام الاستوكاستك ، إذا كان من المستحيل التنبؤ بالسلوك المستقبلي. تسمى متغيرات النظام عشوائية.

أنظمة التحكم الطبيعية
نظم التحكم الطبيعية ، بما في ذلك النظم البيولوجية. على سبيل المثال ، حركات جسم الإنسان هي فعل يشير إلى كائن يشتمل على مكونات نظام التحكم البيولوجي في العينين ، الذراع ، اليد ، الإصبع ودماغ الإنسان. عند المدخل ، تتم معالجة الحركة ويكون المخرج هو الاتجاه الذي يتم الرجوع إليه.

خلط أنظمة التحكم
إن أنظمة التحكم في المزج ، أي المكونات التي صنعها الإنسان والآخر هي مكونات طبيعية. إنه نظام التحكم لرجل يقود سيارته. يتكون هذا النظام من العينين واليدين والدماغ والسيارة. ويتجلى المدخل في الاتجاه الذي يجب أن يتبعه السائق على الطريق والمخرج هو الاتجاه الحالي للسيارة. قد يكون مثال آخر على القرارات التي اتخذها سياسي قبل الانتخابات. يتكون هذا النظام من العين والدماغ والأذنين والفم. ويتجلى المدخل في الوعود التي أعلنها السياسي والمخرج هو درجة قبول الاقتراح من قبل السكان.

يمكن أن يكون نظام التحكم هوائيًا أو كهربائيًا أو ميكانيكيًا أو من أي نوع ، وتتمثل وظيفته في تلقي المدخلات وتنسيق إجابة واحدة أو عدة إجابات وفقًا لحلقته التحكمية (لما هو مبرمج).

التحكم التنبئي ، هي أنظمة التحكم التي تعمل مع نظام تنبئي ، وغير نشطة مثل التقليدية (تنفيذ حل المشكلة قبل أن تبدأ في التأثير على العملية). وبهذه الطريقة ، يحسن كفاءة العملية من خلال التصدي للآثار بسرعة.

حلقة مفتوحة وحلقة تحكم مغلقة
توجد فئتان شائعتان من إجراءات التحكم: حلقة مفتوحة وحلقة مغلقة. في نظام التحكم في الحلقة المفتوحة ، يكون إجراء التحكم من وحدة التحكم مستقلاً عن متغير العملية. مثال على ذلك هو غلاية التدفئة المركزية التي يسيطر عليها فقط جهاز توقيت. إجراء التحكم هو التبديل أو إيقاف تشغيل الغلاية. متغير العملية هو درجة حرارة البناء.تشغل هذه وحدة التحكم نظام التدفئة لوقت ثابت بغض النظر عن درجة حرارة المبنى.

في نظام التحكم في الحلقة المغلقة ، يعتمد إجراء التحكم من وحدة التحكم على متغير العملية المطلوب والفعلي. في حالة تشبيه المرجل ، يستخدم هذا منظم حراري لمراقبة درجة حرارة المبنى ، وإطعام إشارة لضمان أن مخرجات جهاز التحكم تحافظ على درجة حرارة المبنى قريبة من تلك الموجودة على منظم الحرارة. تحتوي وحدة التحكم في الحلقة المغلقة على حلقة تغذية مرتدة تضمن قيام وحدة التحكم بإجراء إجراء تحكم للتحكم في متغير عملية بنفس قيمة نقطة التحديد. لهذا السبب ، تسمى وحدات التحكم ذات الحلقة المغلقة أيضًا وحدات التحكم في الملاحظات.

نظم مراقبة ردود الفعل
في حالة أنظمة التغذية المرتدة الخطية ، يتم ترتيب حلقة التحكم بما في ذلك أجهزة الاستشعار ، خوارزميات التحكم ، والمحركات في محاولة لتنظيم متغير في نقطة محددة (SP). مثال يومي هو التحكم في تثبيت السرعة على مركبة الطريق. حيث التأثيرات الخارجية مثل التدرجات قد تسبب تغيرات السرعة ، ويكون للسائق القدرة على تغيير سرعة المجموعة المطلوبة. تقوم خوارزمية PID في وحدة التحكم باستعادة السرعة الفعلية إلى السرعة المطلوبة بالطريقة المثلى ، بأقل قدر من التأخير أو التجاوز ، من خلال التحكم في خرج طاقة محرك المركبة.

إن أنظمة التحكم التي تتضمن بعض استشعار النتائج التي يحاولون تحقيقها هي الاستفادة من التغذية الراجعة ويمكنها التكيف مع ظروف مختلفة إلى حد ما. لا تستفيد أنظمة التحكم في الحلقة المفتوحة من التعليقات ، ولا تعمل إلا في طرق مرتبة مسبقًا.

السيطرة المنطق
نُفذت أنظمة التحكم المنطقي للأجهزة الصناعية والتجارية تاريخياً من خلال المرحلات الكهربائية والتوقيتات الكاميرية باستخدام منطق السلم. اليوم ، يتم إنشاء معظم هذه الأنظمة باستخدام وحدات التحكم الدقيقة أو أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة المتخصصة (PLCs). لا يزال استخدام منطق السلم مُستخدمًا كطريقة برمجة للتطبيقات PLC.

قد تستجيب وحدات التحكم المنطقية للمفاتيح وأجهزة الاستشعار ، ويمكن أن تتسبب في تشغيل الماكينة وإيقاف العمليات المختلفة من خلال استخدام المشغلات. يتم استخدام وحدات التحكم المنطقية لتسلسل العمليات الميكانيكية في العديد من التطبيقات. وتشمل الأمثلة المصاعد والغسالات والنظم الأخرى ذات العمليات المترابطة. قد يؤدي نظام التحكم الأوتوماتيكي المتسلسل إلى تشغيل سلسلة من المحركات الميكانيكية في التسلسل الصحيح لأداء مهمة ما. على سبيل المثال ، قد تقوم عدة محولات كهربائية أو تعمل بالهواء المضغوط بطباعة صندوق من الورق المقوى وصمغه ، وتعبئته بالمنتج ثم ختمه في آلة تغليف أوتوماتيكية.

يمكن كتابة برنامج PLC بالعديد من الطرق المختلفة – مخططات السلالم أو SFC (قوائم الرسوم البيانية المتسلسلة) أو قوائم العبارات.

السيطرة على الخروج
يمكن وصف منظم الحرارة بأنه وحدة تحكم الدوي الانفجار. عندما تنخفض درجة الحرارة ، PV ، تحت SP ، يتم تشغيل المدفأة. مثال آخر يمكن أن يكون مفتاح ضغط على ضاغط الهواء. عندما ينخفض ​​الضغط ، PV ، أسفل نقطة الضبط ، SP ، يتم تشغيل المضخة. تحتوي الثلاجات ومضخات التفريغ على آليات مماثلة.

أنظمة التحكم البسيطة مثل هذه رخيصة وفعالة.

التحكم الخطي
تستخدم أنظمة التحكم الخطية تغذية مرتدة سلبية خطية لإنتاج إشارة تحكم للحفاظ على متغير العملية الخاضع للرقابة (PV) عند نقطة الضبط المرغوبة (SP).

السيطرة التناسبية
التحكم النسبي هو نوع من نظام التحكم في التغذية المرتدة الخطية حيث يتم تطبيق التصحيح على المتغير المتحكم فيه والذي يتناسب مع الفرق بين القيمة المطلوبة (setpoint – SP) والقيمة المقاسة (قيمة العملية – PV). هناك مثالان ميكانيكيان كلاسيكيان هما صمام التناسق العائم لمنحنى المرحاض وحاكم الكرة الطائرة.

إن نظام التحكم التناسبي أكثر تعقيدًا من نظام التحكم في التشغيل مثل منظم الحرارة المحلي ثنائي المعدن ، ولكنه أبسط من نظام التحكم النسبي المشتق (PID) المستخدم في شيء مثل التحكم في سرعة السيارة. ستعمل السيطرة على التشغيل بشكل جيد في نهاية المطاف ، على مدى فترة زمنية طويلة مقارنة بالوقت الإجمالي لاستجابة النظام ، ولكنها ليست فعالة للتصحيحات والاستجابات السريعة في الوقت المناسب. يتغلب نظام التحكم التناسبي على ذلك عن طريق تعديل الإخراج إلى جهاز التحكم ، مثل صمام التحكم عند مستوى يتجنب عدم الاستقرار ، ولكنه يطبق التصحيح بأسرع ما يمكن عمليًا من خلال تطبيق الكمية المثلى من التصحيح النسبي.

يتمثل العيب في التحكم التناسبي في أنه لا يمكن أن يزيل الخطأ المتبقي في SP-PV ، حيث يتطلب خطأ لتوليد مخرجات متناسبة. للتغلب على هذا ، تم استنباط وحدة التحكم PI ، والتي تستخدم مصطلحًا نسبيًا (P) لإزالة الخطأ الإجمالي ، ومصطلح متكامل (I) للقضاء على خطأ الإزاحة المتبقي عن طريق دمج الخطأ بمرور الوقت لإنتاج مكون “I” ضمن الإخراج تحكم.

في بعض الأنظمة هناك حدود عملية لنطاق المتغير التلاعب (MV). على سبيل المثال ، يمكن إيقاف السخان أو تشغيله بالكامل ، أو يمكن إغلاق صمام أو فتحه بالكامل. تعديلات على الكسب تغيّر في الوقت نفسه مدى قيم الخطأ التي تكون فيها MV بين هذه الحدود. ويسمى عرض هذا النطاق ، بوحدات متغير الخطأ وبالتالي من PV ، بالنسب النسبي (PB) وهو عكس الكسب النسبي. على الرغم من أن الكسب مفيد في المعالجات الرياضية ، فإن الفرقة النسبية غالباً ما يشار إليها في المواقف العملية.

فرن مثال
عند التحكم في درجة حرارة الفرن الصناعي ، من الأفضل عادة التحكم في فتح صمام الوقود بما يتناسب مع الاحتياجات الحالية للفرن. هذا يساعد على تجنب الصدمات الحرارية ويطبق الحرارة بشكل أكثر فعالية.

عند المكاسب المنخفضة ، يتم تطبيق إجراء تصحيحي صغير فقط عند اكتشاف الأخطاء. قد يكون النظام آمنًا ومستقرًا ، ولكن قد يكون بطيئًا استجابةً للظروف المتغيرة. ستبقى الأخطاء غير مصححة لفترات طويلة نسبياً من الوقت ويزداد النظام. إذا زاد الربح النسبي ، تصبح هذه الأنظمة أكثر استجابة ويتم التعامل مع الأخطاء بسرعة أكبر. هناك قيمة مثلى لإعداد الكسب عندما يُقال أن النظام الإجمالي مغمور بشكل حاسم. الزيادات في كسب حلقة وراء هذه النقطة تؤدي إلى التذبذبات في الكهروضوئية ومثل هذا النظام هو underdamped.

Underdamped
في مثال الفرن ، لنفترض أن درجة الحرارة تتزايد باتجاه نقطة محددة حيث أن 50٪ من الطاقة المتاحة ستكون مطلوبة للحالة الثابتة. في درجات الحرارة المنخفضة ، يتم تطبيق 100 ٪ من الطاقة المتاحة. عندما تكون قيمة العملية (PV) ضمن ، قل 10 درجة من قيمة SP تبدأ عملية الإدخال الحراري بالتخفيض بواسطة وحدة التحكم التناسبية. وهذا يعني وجود نطاق نسبي 20 ° (PB) من كامل أو بدون مدخلات طاقة ، منتشرة بالتساوي حول قيمة نقطة التحديد. عند نقطة الضبط ، ستقوم وحدة التحكم بتطبيق طاقة بنسبة 50٪ حسب الحاجة ، ولكن تسخن الحرارة المخزنة داخل نظام التسخين الفرعي وفي حوائط الفرن سيبقي درجة الحرارة المقاسة ترتفع إلى ما هو أبعد من المطلوب. عند 10 ° فوق SP ، نصل إلى قمة النطاق النسبي (PB) ولا يتم تطبيق أي قوة ، ولكن قد تستمر درجة الحرارة في الارتفاع أكثر قبل البدء في التراجع. في نهاية المطاف مع سقوط PV مرة أخرى في PB ، يتم تطبيق الحرارة مرة أخرى ، ولكن الآن المدفأة وجدران الفرن باردة جدا ودرجة الحرارة منخفضة جدا قبل أن يتم القبض على سقوطه ، بحيث تستمر التذبذبات.

إن تذبذبات درجة الحرارة التي ينتجها نظام التحكم في الفرن غير القابل للضبط غير مقبولة للعديد من الأسباب ، بما في ذلك إهدار الوقود والوقت (قد تستغرق كل دورة تذبذب عدة دقائق) ، بالإضافة إلى احتمال ارتفاع درجة الحرارة بشكل خطير لكل من الفرن ومحتوياته.

Overdamped
لنفترض أن مكاسب نظام التحكم تنخفض بشكل كبير ويتم إعادة تشغيلها. عندما تقترب درجة الحرارة ، قل 30 درجة تحت SP (A 60 ° bandional band (PB) هذه المرة) ، يبدأ دخل الحرارة بالتقلص ، معدل تسخين الفرن لديه وقت للتأخير ، وحيث أن الحرارة لا تزال أبعد من ذلك. عند خفضها ، يتم إحضارها في النهاية إلى نقطة محددة ، تمامًا كما يتم الوصول إلى مدخلات الطاقة بنسبة 50٪ ويعمل الفرن على النحو المطلوب. كان هناك بعض الوقت الضائع في الوقت الذي تسلل فيه الفرن إلى درجة حرارته النهائية باستخدام 52٪ فقط ثم 51٪ من الطاقة المتاحة ، ولكن على الأقل لم يحدث أي ضرر. من خلال زيادة الكسب بعناية (أي تقليل عرض PB) ، يمكن تحسين هذا السلوك الزائد البطيء حتى يتم تثبيط النظام بشكل حاسم لدرجة حرارة SP هذه. يعرف هذا الأمر باسم “ضبط” نظام التحكم. عادة ما يكون نظام التحكم في درجة حرارة الفرن النسبي المضبوط جيداً أكثر فعالية من التحكم في التشغيل ، ولكنه سيستمر في الاستجابة ببطء أكثر مما يمكن للفرن تحت التحكم اليدوي الماهر.

السيطرة على PID
وبصرف النظر عن الأداء البطيء لتفادي التذبذبات ، فإن مشكلة أخرى مع التحكم النسبي فقط هي أن تطبيق الطاقة يكون دائمًا متناسبًا مع الخطأ. في المثال أعلاه ، افترضنا أنه يمكن الحفاظ على درجة الحرارة المحددة بنسبة 50٪ من الطاقة. ماذا يحدث إذا كان الفرن مطلوبًا في تطبيق مختلف حيث تتطلب درجة حرارة أعلى من الطاقة 80٪ للمحافظة عليه؟ إذا تم ضبط الكسب أخيراً على 50 ° PB ، فإن 80٪ من الطاقة لن يتم تطبيقها إلا إذا كان الفرن 15 درجة تحت نقطة setpoint ، لذلك بالنسبة للتطبيق الآخر ، سيتعين على المشغلين دائمًا أن يتذكروا ضبط درجة الحرارة setpoint 15 ° أعلى من في الواقع حاجة. هذا الرقم البالغ 15 درجة ليس ثابتًا تمامًا أيضًا: سيعتمد على درجة الحرارة المحيطة المحيطة ، بالإضافة إلى العوامل الأخرى التي تؤثر على فقدان الحرارة من أو امتصاص داخل الفرن.

لحل هاتين المشكلتين ، تتضمن العديد من أنظمة التحكم في التغذية المرتدة ملحقات رياضية لتحسين الأداء. تؤدي الامتدادات الأكثر شيوعًا إلى عنصر تحكم نسبي- مشتق – تكميلي أو تحكم PID.

عمل مشتق
يتعلق الجزء المشتق بمعدل التغيير للخطأ مع مرور الوقت: إذا اقترب المتغير المقاس من النقطة المحددة بسرعة ، فعندئذ يتم إسقاط المحرك في وقت مبكر للسماح له بالساحل إلى المستوى المطلوب ؛ على العكس من ذلك ، إذا بدأت القيمة المقاسة في التحرك بسرعة بعيدًا عن نقطة الضبط ، يتم تطبيق جهد إضافي – بما يتناسب مع هذه السرعة – لمحاولة الحفاظ عليه.

الإجراء المشتق يجعل نظام التحكم يتصرف بذكاء أكثر بكثير. في أنظمة التحكم مثل ضبط درجة حرارة الفرن ، أو ربما التحكم في الحركة لعنصر ثقيل مثل المسدس أو الكاميرا على مركبة متحركة ، يمكن للعملية المشتقة لوحدة تحكم PID مضبوطة بشكل جيد أن تسمح لها بالوصول إلى نقطة أفضل من معظم المشغلين البشريين المهرة.

إذا تم تطبيق الإجراء المشتق بشكل مبالغ فيه ، فقد يؤدي ذلك إلى حدوث التذبذبات أيضًا. مثال على ذلك هو PV الذي يزداد بسرعة نحو SP ، ثم توقف مبكرًا ويبدو أنه “يخجل” من نقطة التحديد قبل أن يرتفع تجاهه مرة أخرى.

عمل متكامل
يزيد المصطلح المتكامل من تأثير أخطاء الحالة المستقرة طويلة الأمد ، مع تطبيق جهد متزايد باستمرار حتى يتم تقليله إلى الصفر. في المثال للفرن أعلاه يعمل عند درجات حرارة مختلفة ، إذا كانت الحرارة المطبقة لا تجعل الفرن يصل إلى نقطة محددة ، لأي سبب من الأسباب ، فإن الحركة المتكاملة تحرك بشكل متزايد النطاق النسبي نسبة إلى النقطة المحددة حتى يتم تخفيض الخطأ الكهروضوئي إلى الصفر و يتم تحقيق نقطة.

ارفع٪ لكل دقيقة
تتضمن بعض وحدات التحكم خيار تحديد “ارتفاع المنحدر لأعلى في الدقيقة”. يمكن أن يكون هذا الخيار مفيدا جدا في تثبيت المراجل الصغيرة (3 MBTUH) ، خاصة خلال فصل الصيف ، أثناء الحمل الخفيف. قد تكون وحدة المرجل المنفعة مطلوبة لتغيير الحمل بمعدل 5٪ في الدقيقة (IEA Coal Online – 2، 2007) “.

تقنيات أخرى
من الممكن تصفية PV أو إشارة الخطأ. يمكن أن يؤدي ذلك إلى تقليل استجابة النظام للترددات غير المرغوب فيها ، للمساعدة في تقليل عدم الاستقرار أو الاهتزازات. ستتأرجح بعض أنظمة التغذية المرتدة عند تردد واحد فقط. من خلال تصفية هذا التردد ، يمكن تطبيق المزيد من التعليقات “المتشددة” ، مما يجعل النظام أكثر استجابة دون أن يهز نفسه.

يمكن دمج أنظمة التغذية الراجعة. في التحكم المتسلسل ، تقوم حلقة تحكم واحدة بتطبيق خوارزميات التحكم على متغير تم قياسه مقابل نقطة محددة ، ولكن بعد ذلك توفر نقطة ضبط مختلفة لحلقة تحكم أخرى بدلاً من التأثير على متغيرات العملية مباشرة. إذا كان لدى النظام العديد من المتغيرات المقاسة المختلفة التي سيتم التحكم فيها ، فستكون هناك أنظمة تحكم منفصلة لكل منها.

هندسة التحكم في العديد من التطبيقات تنتج أنظمة تحكم أكثر تعقيدًا من تحكم PID. وتشمل أمثلة هذه المجالات أنظمة التحكم بالطائرات عبر الأسلاك ، والمصانع الكيماوية ، ومصافي تكرير النفط. تم تصميم أنظمة التحكم التنبؤية النموذجية باستخدام برنامج تصميم متخصص بمساعدة الكمبيوتر ونماذج رياضية تجريبية للنظام المراد التحكم فيه.

وتستخدم على نطاق واسع أنظمة هجينة من PID والتحكم المنطقي. قد تكون متداخلة الإخراج من وحدة تحكم خطي بواسطة منطق على سبيل المثال.

المنطق الضبابي
المنطق الضبابي هو محاولة لتطبيق التصميم السهل لأجهزة التحكم المنطقي للتحكم في الأنظمة المعقدة المتغيرة باستمرار. في الأساس ، يمكن أن يكون القياس في نظام منطقي ضبابي صحيح جزئيا ، وهذا إذا كانت الإجابة بنعم 1 و لا تساوي 0 ، يمكن أن يكون القياس الغامض بين 0 و 1.

تتم كتابة قواعد النظام بلغة طبيعية وترجم إلى منطق غامض. على سبيل المثال ، يبدأ التصميم الخاص بالفرن بـ: “إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا ، قلل الوقود إلى الفرن. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا ، فقم بزيادة الوقود إلى الفرن”.

يتم تحويل القياسات من العالم الحقيقي (مثل درجة حرارة الفرن) إلى قيم بين 0 و 1 من خلال رؤية أين تقع على مثلث. عادة ، يكون رأس المثلث هو القيمة القصوى الممكنة التي تترجم إلى 1.

المنطق الضبابي ، بعد ذلك ، يعدل المنطق البوولي ليكون حسابيا. عادة ما تكون العملية “غير” هي “الإخراج = 1 – الإدخال” ، و “و” العملية هي “الإخراج = input.1 مضروبة في input.2 ،” و “أو” هي “الإخراج = 1 – ((1 – الإدخال. 1) مضروبة في (1 – input.2)) “. يقلل ذلك إلى الحساب المنطقي إذا كانت القيم مقيدة بـ 0 و 1 ، بدلاً من السماح بالنطاق في فاصل الوحدة [0،1].

الخطوة الأخيرة هي “defuzzify” الإخراج. أساسا ، الحسابات الضبابية تجعل قيمة بين صفر واحد. يستخدم هذا الرقم لتحديد قيمة على خط يحول ميله وارتفاعه القيمة الضبابية إلى رقم مخرجات في العالم الحقيقي. الرقم ثم تسيطر على الآلات الحقيقية.

إذا تم تعريف المثلثات بشكل صحيح والقواعد صحيحة ، يمكن أن تكون النتيجة نظام تحكم جيد.

عندما يتم تقليل التصميم الغامض القوي إلى حساب واحد سريع ، فإنه يبدأ في تشابه حل حلقة التغذية الراجعة التقليدية وقد يبدو أن التصميم الغامض غير ضروري. ومع ذلك ، قد يوفر نموذج المنطق الضبابي قابلية التوسع لأنظمة التحكم الضخمة حيث تصبح الطرق التقليدية غير عملية أو مكلفة لاستنتاجها.

الإلكترونيات الضبابية هي تقنية إلكترونية تستخدم المنطق الضبابي بدلاً من المنطق ثنائي القيمة الأكثر استخدامًا في الإلكترونيات الرقمية.

التنفيذ المادي
نطاق التطبيق هو من وحدات التحكم المدمجة في كثير من الأحيان مع برنامج مخصص لآلة أو جهاز معين ، لأنظمة التحكم الموزعة للتحكم في العمليات الصناعية.

عادةً ما يتم تنفيذ أنظمة المنطق وأجهزة التحكم بالملاحظات باستخدام وحدات تحكم منطقية قابلة للبرمجة.