25.6 : تفسير التحكم PI في مجال الوقت والتردد

تعتبر وحدات التحكم التناسبية التكاملية (PI) ضرورية في العديد من أنظمة التحكم لتحسين الاستقرار والأداء. تُستخدم عادةً في الأجهزة اليومية مثل منظمات الحرارة لتحسين التخميد في النظام وتقليل خطأ الحالة المستقرة. عندما يتم وضع الصفر في دالة نقل وحدة التحكم بشكل مثالي، يستفيد النظام بشكل كبير من حيث الاستقرار والدقة.

كمرشح تمرير منخفض، يعمل متحكم PI على إبطاء استجابة النظام وإطالة أوقات الاستقرار. يتطلب هذا تصميمًا دقيقًا لوضع الصفر بالقرب من البداية، بعيدًا عن الأقطاب الرئيسية، وبأقل قدر من المكاسب التناسبية والتكاملية.

يمكن عادةً تصوير دالة نقل وحدة التحكم PI في رسم بياني لبود. يساعد التصور في فهم تأثيرات المكونات المتناسبة والتكاملية على أداء النظام. يمكن أن يؤدي الكسب التناسبي غير الكافي إلى أخطاء في الحالة المستقرة، في حين أن التوهين المناسب وإدارة الاستقرار تنطوي على جوانب متناسبة وتكاملية.

إن أحد الاعتبارات التصميمية الحاسمة هو الطور السلبي لوحدة التحكم، والذي يمكن أن يؤثر سلبًا على استقرار النظام. وللتخفيف من ذلك، يجب وضع تردد الزاوية في أقصى اليسار بقدر ما تسمح به متطلبات النطاق الترددي، مما يمنع تأخر الطور من تقليل هامش طور النظام. وللحصول على الأداء الأمثل، يجب أن تتقاطع دالة النقل المعوضة مع محور صفر ديسيبل عند تردد التقاطع الجديد، مما يضمن هامش الطور المطلوب.

بالإضافة إلى ذلك، يجب ضبط نسبة المكسب التكاملي إلى الكسب النسبي بالنسبة إلى تردد أقل بكثير، مما يحقق التوازن بين استجابة النظام واستقراره.

يتضمن تصميم وحدة تحكم PI فعالة اختيارًا دقيقًا للمكاسب التكاملية والتناسبية. تهدف عملية الاختيار هذه إلى تجنب الحاجة إلى مكثف كبير، وهو تحدٍ أكثر أهمية في وحدات التحكم PI مقارنة بوحدات التحكم PD. يمكن للمكثف الكبير، إذا لزم الأمر، أن يعقد التنفيذ المادي لوحدة التحكم بسبب زيادة الحجم والتكلفة.

بشكل عام، يعد وضع الصفر بعناية، والاختيار الاستراتيجي للمكاسب، والنظر في هوامش الطور أمرًا ضروريًا في تصميم وحدة تحكم PI تعمل على تعزيز التخميد، وتقليل خطأ الحالة المستقرة، والحفاظ على استقرار النظام.