تُستخدم أنظمة التحكم للحفاظ على نقطة الضبط أو الإخراج المطلوب عن طريق ضبط إشارة الدخل. يمكن أن تكون أنظمة التحكم عبارة عن حلقة مفتوحة أو حلقة مغلقة. لا تحتوي أنظمة التحكم في الحلقة المفتوحة على حلقة تغذية مرتدة ، كما أن أنظمة التحكم في الحلقة المغلقة تفعل ذلك.
في هذه المقالة ، سأشرح ما هي أنظمة التحكم ، وكيف تعمل ، وكيف يتم استخدامها في الحياة اليومية. بالإضافة إلى ذلك ، سأشارك بعض الحقائق الممتعة حول أنظمة التحكم التي قد لا تعرفها!
في هذا المنشور سوف نغطي:
- نظم التحكم - فن التصميم والتنفيذ
- التحكم في الحلقة المفتوحة والحلقة المغلقة: الفرق بين التصحيح الذاتي والإخراج الثابت
- أنظمة التحكم في التغذية الراجعة: جلب التحكم إلى المستوى التالي
- التحكم المنطقي: أنظمة تحكم مبسطة وفعالة
- التحكم في التشغيل والإيقاف: أبسط طريقة للتحكم في درجة الحرارة
- التحكم الخطي: فن الحفاظ على المخرجات المرغوبة
- المنطق الضبابي: نظام تحكم ديناميكي
- وفي الختام
نظم التحكم - فن التصميم والتنفيذ
تتضمن أنظمة التحكم عملية ضبط مخرج معين والحفاظ عليه عن طريق ضبط إشارة الإدخال. الهدف هو إنتاج مخرجات صحيحة ومتسقة ، على الرغم من أي تغييرات أولية في المدخلات. تتضمن العملية عددًا من المراحل ، بما في ذلك ما يلي:
- مرحلة الإدخال: حيث يتم استقبال إشارة الدخل
- مرحلة المعالجة: حيث تتم معالجة الإشارة وتحليلها
- مرحلة الإخراج: حيث يتم إنتاج إشارة الخرج
دور أنظمة التحكم في الإنتاج
تلعب أنظمة التحكم دورًا مهمًا في الإنتاج والتوزيع في العديد من الصناعات. غالبًا ما تُستخدم تقنية الأتمتة لتنفيذ هذه الأنظمة ، والتي يمكن أن تكون معقدة للغاية ومكلفة. العناصر التالية مطلوبة لإنشاء نظام تحكم ممتاز:
- فهم جيد للنظام الذي يتم التحكم فيه
- القدرة على تصميم وتنفيذ النوع الصحيح من نظام التحكم
- مجموعة من التصاميم والتقنيات القياسية التي يمكن تطبيقها في مواقف معينة
الخطوات المتبعة في إنشاء نظام تحكم
تتضمن عملية إنشاء نظام تحكم الخطوات التالية:
- تصميم هيكل النظام: يتضمن تحديد نوع نظام التحكم المطلوب والمكونات التي سيتم تضمينها
- تنفيذ النظام: يتضمن ذلك إنشاء النظام بعناية وتشغيل الاختبارات للتأكد من أنه يعمل بشكل صحيح
- صيانة النظام: يتضمن ذلك مراقبة أداء النظام بمرور الوقت وإجراء أي تغييرات ضرورية لضمان استمراره في العمل بشكل صحيح
التحكم في الحلقة المفتوحة والحلقة المغلقة: الفرق بين التصحيح الذاتي والإخراج الثابت
تُعرف أنظمة التحكم ذات الحلقة المفتوحة أيضًا باسم عناصر التحكم في عدم الاستجابة. هذه الأنظمة لها مخرجات ثابتة لا يتم ضبطها بناءً على أي مدخلات أو ملاحظات. يعتبر هيكل نظام التحكم في الحلقة المفتوحة نموذجيًا ويتضمن إدخالًا ونقطة تعيين ومخرجًا. المدخل هو الإشارة المستخدمة لإنتاج المخرجات المرغوبة. نقطة التحديد هي القيمة المستهدفة للإخراج. الإخراج هو نتيجة العملية الجارية.
تتضمن أمثلة أنظمة التحكم ذات الحلقة المفتوحة ما يلي:
- محمصة: يتم وضع الرافعة في مرحلة "التشغيل" ، ويتم تسخين الملفات إلى درجة حرارة ثابتة. تظل المحمصة ساخنة حتى الوقت المحدد وينبثق الخبز المحمص.
- مثبت السرعة في السيارة: تم ضبط أدوات التحكم للحفاظ على سرعة ثابتة. لا يتم ضبط النظام بناءً على الظروف المتغيرة ، مثل التلال أو الرياح.
التحكم في الحلقة المغلقة: التصحيح الذاتي لإخراج ثابت
تتمتع أنظمة التحكم ذات الحلقة المغلقة ، والمعروفة أيضًا باسم أنظمة التحكم في التغذية الراجعة ، بالقدرة على التصحيح الذاتي للحفاظ على مخرجات متسقة. الفرق بين نظام الحلقة المفتوحة ونظام الحلقة المغلقة هو أن نظام الحلقة المغلقة لديه القدرة على التصحيح الذاتي بينما لا يفعل نظام الحلقة المفتوحة. يشبه هيكل نظام التحكم في الحلقة المغلقة هيكل نظام الحلقة المفتوحة ، ولكنه يتضمن حلقة تغذية مرتدة. تؤدي حلقة التغذية الراجعة من المخرجات إلى المدخلات ، مما يسمح للنظام بالمراقبة والتعديل باستمرار بناءً على الظروف المتغيرة.
تتضمن أمثلة أنظمة التحكم ذات الحلقة المغلقة ما يلي:
- التحكم في درجة الحرارة في الغرفة: يقوم النظام بضبط التدفئة أو التبريد بناءً على درجة الحرارة في الغرفة للحفاظ على درجة حرارة ثابتة.
- التحكم في التضخيم في نظام الصوت: يقوم النظام بضبط التضخيم بناءً على الإخراج للحفاظ على مستوى صوت ثابت.
أنظمة التحكم في التغذية الراجعة: جلب التحكم إلى المستوى التالي
أنظمة التحكم في التغذية الراجعة هي نوع من أنظمة التحكم التي تستخدم مخرجات العملية للتحكم في المدخلات. بمعنى آخر ، يتلقى النظام إشارة من العملية التي يتم التحكم فيها ويستخدم تلك الإشارة لضبط الإدخال لتحقيق الإخراج المطلوب.
المخططات والأسماء المرتبطة بأنظمة التحكم في التغذية الراجعة
هناك العديد من المخططات والأسماء المرتبطة بأنظمة التحكم في التغذية الراجعة ، بما في ذلك:
- مخططات الكتلة: تُظهر مكونات نظام التحكم في التغذية الراجعة وكيف يتم توصيلها.
- وظائف النقل: تصف العلاقة بين مدخلات ومخرجات النظام.
- أنظمة الحلقة المغلقة: هذه هي أنظمة التحكم في التغذية الراجعة حيث يتم إعادة الإخراج إلى المدخلات للحفاظ على المخرجات المطلوبة.
- أنظمة الحلقة المفتوحة: هذه هي أنظمة التحكم في التغذية الراجعة حيث لا يتم إرجاع الإخراج إلى المدخلات.
التحكم المنطقي: أنظمة تحكم مبسطة وفعالة
التحكم المنطقي هو نوع من نظام التحكم الذي يستخدم المنطق المنطقي أو العمليات المنطقية الأخرى لاتخاذ القرارات وعمليات التحكم. إنه نظام تحكم مبسط وفعال يستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات ، بما في ذلك الإنتاج والتصنيع والهندسة الكهربائية.
كيف يعمل التحكم المنطقي؟
تم تصميم أنظمة التحكم المنطقي للتعامل مع مجموعة متنوعة من المدخلات وإنتاج المخرجات المرغوبة. الطريقة الأساسية للعملية هي كما يلي:
- يستقبل النظام إشارة دخل تكون عادة في شكل تيار كهربائي.
- ثم تتم مقارنة إشارة الإدخال بقيمة محددة أو نقطة مخزنة في النظام.
- إذا كانت إشارة الإدخال صحيحة ، فسيقوم النظام بتنفيذ إجراء محدد أو التبديل إلى إعداد محدد.
- إذا كانت إشارة الإدخال غير صحيحة ، فسيستمر النظام في تلقي الإدخال حتى يتم الوصول إلى القيمة الصحيحة.
أمثلة على أنظمة التحكم المنطقي
تُستخدم أنظمة التحكم المنطقي في مجموعة واسعة من التطبيقات ، بما في ذلك:
- إشارات المرور: تستخدم إشارات المرور التحكم المنطقي للتبديل بين الأضواء الحمراء والصفراء والخضراء بناءً على تدفق حركة المرور.
- الروبوتات الصناعية: تستخدم الروبوتات الصناعية التحكم المنطقي لأداء المهام المعقدة ، مثل اللحام والطلاء والتجميع.
- الغسالات الأوتوماتيكية: تستخدم الغسالات الأوتوماتيكية التحكم المنطقي للتبديل بين دورات الغسيل المختلفة ودرجات الحرارة بناءً على مدخلات المستخدم.
التحكم في التشغيل والإيقاف: أبسط طريقة للتحكم في درجة الحرارة
تم تنفيذ التحكم في التشغيل والإيقاف تاريخيًا باستخدام المرحلات المترابطة وأجهزة ضبط الوقت بالكاميرا والمفاتيح التي تم إنشاؤها في تسلسل سلم. ومع ذلك ، مع تقدم التكنولوجيا ، يمكن الآن إجراء التحكم في التشغيل والإيقاف باستخدام المتحكمات الدقيقة ، وأجهزة التحكم المنطقية المتخصصة القابلة للبرمجة ، والأجهزة الإلكترونية الأخرى.
أمثلة على التحكم في التشغيل والإيقاف
تتضمن بعض الأمثلة على المنتجات التي تستخدم التحكم في التشغيل:
- ترموستات منزلي يعمل على تشغيل السخان عندما تنخفض درجة حرارة الغرفة عن الإعداد المرغوب ويوقف تشغيله عندما يتجاوزه.
- الثلاجات التي تشغل الضاغط عندما ترتفع درجة الحرارة داخل الثلاجة عن درجة الحرارة المطلوبة وتغلقها عندما تنخفض عنها.
- الغسالات التي تستخدم التحكم في التشغيل والإيقاف لتشغيل عمليات متسلسلة مختلفة ومترابطة.
- مشغلات تعمل بالهواء المضغوط تستخدم التحكم في التشغيل والإيقاف للحفاظ على مستوى ضغط معين.
مزايا وعيوب التحكم في التشغيل
تشمل مزايا التحكم في التشغيل والإيقاف ما يلي:
- إنه بسيط ورخيص التنفيذ.
- إنه سهل الفهم والأداء.
- يمكن استخدامه في أنواع مختلفة من الآلات والعمليات.
تشمل عيوب التحكم في التشغيل والإيقاف ما يلي:
- ينتج عنه تغييرات مفاجئة في النظام ، والتي يمكن أن تسبب آثارًا سلبية على المنتج أو العملية التي يتم التحكم فيها.
- قد لا يكون قادرًا على الحفاظ على نقطة الضبط المطلوبة بدقة ، خاصة في الأنظمة ذات الكتل الحرارية الكبيرة.
- قد يتسبب ذلك في تآكل المفاتيح والمرحلات الكهربائية ، مما يؤدي إلى استبدالها بشكل متكرر.
التحكم الخطي: فن الحفاظ على المخرجات المرغوبة
تعتمد نظرية التحكم الخطي على عدة مبادئ تحكم سلوك أنظمة التحكم الخطية. هذه المبادئ تشمل:
- مبدأ تجاهل التأثيرات غير المرغوب فيها: يفترض هذا المبدأ أنه يمكن تجاهل أي تأثيرات غير مرغوب فيها للنظام.
- مبدأ الجمع: يلتزم هذا المبدأ بمفهوم أن ناتج النظام الخطي هو مجموع المخرجات التي ينتجها كل مدخل يعمل بمفرده.
- مبدأ التراكب: يفترض هذا المبدأ أن ناتج النظام الخطي هو مجموع المخرجات التي ينتجها كل مدخل يعمل بمفرده.
الحالة غير الخطية
إذا لم يلتزم النظام بمبادئ الجمع والتجانس ، فإنه يعتبر غير خطي. في هذه الحالة ، تكون المعادلة المحددة عادةً عبارة عن مربع من المصطلحات. لا تتصرف الأنظمة غير الخطية بنفس طريقة الأنظمة الخطية وتتطلب طرقًا مختلفة للتحكم.
المنطق الضبابي: نظام تحكم ديناميكي
المنطق الضبابي هو نوع من أنظمة التحكم التي تستخدم مجموعات ضبابية لتحويل إشارة الدخل إلى إشارة خرج. إنها بنية رياضية تحلل قيم الإدخال التناظرية من حيث المتغيرات المنطقية التي تأخذ قيمًا مستمرة بين 0 و 1. المنطق الضبابي هو نظام تحكم ديناميكي يمكنه التعامل مع التغييرات في إشارة الإدخال وضبط إشارة الخرج وفقًا لذلك.
أمثلة على تطبيق Fuzzy Logic in Action
يستخدم المنطق الضبابي في العديد من المجالات لأداء مجموعة واسعة من مهام التحكم. وهنا بعض الأمثلة:
- معالجة المياه: يستخدم المنطق الضبابي للتحكم في تدفق المياه من خلال محطة المعالجة. يقوم النظام بضبط معدل التدفق بناءً على الحالة الحالية للمياه وجودة الإخراج المطلوبة.
- أنظمة HVAC: يستخدم المنطق الضبابي للتحكم في درجة الحرارة والرطوبة في المبنى. يقوم النظام بضبط درجة الحرارة والرطوبة بناءً على الحالة الحالية للمبنى ومستوى الراحة المطلوب.
- التحكم في حركة المرور: يستخدم المنطق الضبابي للتحكم في تدفق حركة المرور عبر التقاطع. يقوم النظام بضبط توقيت إشارات المرور بناءً على ظروف المرور الحالية.
وفي الختام
لذلك ، تُستخدم أنظمة التحكم للتحكم في العمليات في العديد من الصناعات ، وهي تتضمن تصميم وتنفيذ وصيانة نظام يحافظ على مخرجات متسقة على الرغم من التغييرات في المدخلات.
لا يمكنك أن تخطئ في نظام التحكم ، لذلك لا تخف من استخدام واحد في مشروعك التالي! لذا ، انطلق وتحكم في عالمك!
أنا Joost Nusselder ، مؤسس Tools Doctor ، ومسوق المحتوى ، وأبي. أحب تجربة معدات جديدة ، ومع فريقي ، أقوم بإنشاء مقالات مدونة متعمقة منذ عام 2016 لمساعدة القراء المخلصين بالأدوات ونصائح الصياغة.
