25.5 : تصميم وحدة التحكم PI

تُعد وحدات التحكم التكاملية النسبية (PI) مكونًا أساسيًا في أنظمة التحكم الحديثة، وتُستخدم على نطاق واسع لتحسين الأداء والتخفيف من أخطاء الحالة المستقرة. وهي فعّالة بشكل خاص في التطبيقات مثل ضبط السطوع التلقائي على الهواتف الذكية، حيث تتفوق في التخفيف من أخطاء الحالة المستقرة لمدخلات الدالة المتدرجة. وعلى عكس وحدات التحكم PD، التي تتطلب أخطاء متغيرة مع الوقت للعمل على النحو الأمثل، تستفيد وحدات التحكم PI من مكونها التكاملي لمعالجة أخطاء الحالة المستقرة المتبقية التي لا يتم تصحيحها بواسطة الجزء النسبي.

في وحدة تحكم PI القائمة على مكبر تشغيلي (op-amp)، تعالج المقاومات والمكثف إشارة الخطأ، مما يؤدي إلى توليد إشارة تحكم. يتم الحصول على التغذية الراجعة التناسبية من المقاوم، بينما تأتي الاستجابة التكاملية من المكثف. تُظهر تصميمات الدوائر ذات المكبر التشغيلى الثنائى والثلاثة وظائف نقل فريدة، مع ارتباط معلمات وحدة تحكم PI بشكل جوهري بخصائص الدائرة الخاصة بها. يسمح تكوين مكبر التشغيل الثلاثى بالتعديل المستقل للمكاسب التناسبية والتكاملية من خلال معلمات دائرة محددة. والجدير بالذكر أنه في كلتا الدائرتين، يكون المكسب التكاملي متناسبًا عكسيًا مع قيمة المكثف، مما قد يتطلب مكثفات كبيرة لتصميمات تحكم PI فعالة.

يعمل متحكم PI على تعزيز أداء النظام من خلال تعديل دالة نقل المسار الأمامي من خلال إضافة صفر وقطب. يعمل هذا التعديل على تعزيز أداء النظام وتقليل خطأ الحالة المستقرة بمقدار كبير. في السيناريوهات التي يكون فيها خطأ الحالة المستقرة لمدخل معين ثابتًا، يمكن لمتحكم PI تقليل هذا الخطأ إلى الصفر، بشرط أن يظل النظام مستقرًا بعد التعويض.

من خلال معالجة كل من الجوانب التناسبية والتكاملية، توفر وحدات التحكم PI حلاً قويًا لتصحيح أخطاء الحالة المستقرة في تطبيقات مختلفة. يضمن تصميمها، الذي يتضمن تكوينات محددة للمقاومات والمكثفات في دوائر مكبر التشغيل، التحكم الدقيق وتعزيز الأداء، مما يجعلها لا غنى عنها في أنظمة التحكم الحديثة.