تفاوت بین کنترلکننده روشن-خاموش و کنترلکننده PID
همه ما میدانیم که PID چقدر برای کنترل یک فرآیند مهم است . PID هم برای کاربردهای گرمایش و هم برای سرمایش استفاده میشود. وقتی نیاز دارید که هر بار یک نقطه تنظیم خاص را حفظ کنید، افزایش یا کاهش بیش از حد دما میتواند فرآیند را مختل کند ، به یک نوع کنترل PID نیاز دارید.
اما، باید بدانید که کنترلکنندههای نوع روشن-خاموش نیز وجود دارند که آنها نیز یک نقطه تنظیم خاص را حفظ میکنند. هر دوی این کنترلکنندهها وظیفه حفظ مقدار مطلوب را دارند.
در این مقاله، تفاوت بین کنترلکننده روشن-خاموش ON-Off و کنترلکننده PID را با یک مثال خواهیم آموخت.
کنترل کننده PID چیست؟
اول از همه، بیایید بفهمیم PID چیست. PID یک الگوریتم کنترلی است که با گرفتن بازخورد از متغیر ورودی، یک متغیر خروجی را دستکاری میکند. این کار برای حفظ مقدار فرآیند در نزدیکی نقطه تنظیم فرآیند در هر زمان انجام میشود.
برای مثال، فرض کنید میخواهید دمای اتاق را روی ۲۵ درجه سانتیگراد حفظ کنید. در این حالت، شما یک هیتر و یک سنسور دما دارید . مقدار فرآیند، سنسور دما و کنترلکننده، هیتر است. وقتی دما کمتر از ۲۵ درجه سانتیگراد باشد، هیتر در حداکثر مقدار خود بین ۰ تا ۱۰۰ درصد باقی میماند.
این کار دمای اتاق را افزایش میدهد. وقتی دما به آرامی از ۲۵ درجه سانتیگراد بالاتر میرود، درصد خروجی بخاری نیز به دنبال تغییر دما به تدریج شروع به کاهش میکند.
به همین دلیل، دما دوباره شروع به کاهش میکند. وقتی دما دوباره شروع به پایین آمدن از نقطه تنظیم شده میکند، درصد خروجی بخاری شروع به افزایش میکند که دوباره باعث افزایش دما میشود. به این ترتیب، متوجه شدیم که دما به طور پیوسته در حدود ۲۵ درجه سانتیگراد حفظ میشود.
تفاوت بین کنترلکننده روشن-خاموش و کنترلکننده PID
خب، این چطور کار میکند؟ اساساً، از الگوریتم PID استفاده میکند . PID مخفف مشتق انتگرال متناسب است . در اینجا، P برای تأثیرگذاری بر سرعت پاسخ فرآیند استفاده میشود، به این معنی که با چه نرخی میخواهید اقدام کنید.
در اینجا از «I» برای حذف خطا استفاده میشود، که به معنی این است که میخواهید اقدام مورد نظر را با چه فرکانس زمانی انجام دهید. از «D» برای پیشبینی تغییرات انحراف استفاده میشود، به این معنی که وقتی انحراف افزایش مییابد، زمان پاسخ فرآیند را تسریع میکند و وقتی انحراف کاهش مییابد، زمان پاسخ فرآیند را کند میکند.
بنابراین، هنگام تنظیم PID ، باید یک پاسخ متعادل بین سرعت و پایداری پیدا کنید، که مستلزم دانش کافی از فرآیند و تأثیر بیشجهش یا کمجهش بر فرآیند است.
همانطور که قبلاً بحث شد، برای حفظ فرآیند، PID خروجی کنترل را دستکاری میکند. بنابراین، این نشان میدهد که خروجی PID از نوع آنالوگ خواهد بود. اما باید توجه داشت که بسیاری از کنترلکنندهها با خروجی دیجیتال نیز موجود هستند، به این معنی که بخش محاسبه یکسان خواهد بود و فقط خروجی بر اساس نقطه تنظیم روشن یا خاموش میشود، به جای اینکه خروجی در نوع آنالوگ به طور مداوم تغییر کند.
کنترل کننده روشن-خاموش چیست؟
همانطور که از نامش پیداست، کنترلکنندهی ON-OFF با روشن یا خاموش کردن متغیر کنترل، متغیر فرآیند را در نزدیکی نقطهی تنظیم کنترل میکند. در اینجا، هیچ خروجی از نوع متغیری وجود ندارد، فقط روشن یا خاموش ساده است. در ادامهی مثال ما، برای نقطهی تنظیم ۲۵ درجهی سانتیگراد.
وقتی ورودی فرآیند از نقطه تنظیم بالاتر میرود، خروجی کنترلر خاموش میشود. و وقتی ورودی فرآیند از نقطه تنظیم پایینتر میرود، خروجی کنترلر روشن میشود. یک باند هیسترزیس برای جلوگیری از نوسانات مداوم در خروجی حفظ میشود.
یک تایمر داخلی نیز کار خواهد کرد که با توجه به میزان تأخیری که میخواهید خروجی را روشن یا خاموش کنید، تصمیم میگیرد. این نوع کنترلر نسبتاً سادهتری است زیرا نیازی به فکر کردن در مورد محاسباتی که باید تنظیم کنید، ندارید.
تفاوت بین کنترلکننده روشن-خاموش و کنترلکننده PID
تفاوتهای اصلی بین کنترلکنندههای PID و ON/OFF به شرح زیر است.
کنترلکننده PID میتواند خروجی را به هر دو صورت آنالوگ و دیجیتال ارائه دهد، در حالی که یک کنترلکننده روشن-خاموش فقط خروجی را به صورت دیجیتال ارائه میدهد.
کنترلکنندههای PID دقیقتر از کنترلکنندههای روشن-خاموش هستند. احتمال انحراف زیاد در کنترلکننده روشن-خاموش وجود دارد.
کنترلکنندههای PID به دلیل ویژگیهای بیشتری که ارائه میدهند و دقت عملکردشان، گرانتر از کنترلکنندههای روشن-خاموش هستند.
کنترلکنندههای روشن-خاموش در کاربردهایی استفاده میشوند که مقداری انحراف قابل قبول است و نمیتواند روند کار را مختل کند، در حالی که کنترلکنندههای PID در کاربردهایی استفاده میشوند که مقدار بسیار کمتری از انحراف قابل قبول است.
نمودار محاسباتی PID
کنترل دمای کوره با استفاده از PID
در شکل بالا کنترل دمای یک کوره با استفاده از PID Controller نشان داده شده است. دمای کوره بوسیله یک RTD به سیستم کنترل داده می شود سیستم کنترل PID ار کاربر یک عدد تنظیم Set Point میگیرد. با توجه به دمای کوره مقدار درصد باز شدن شیر کنترل را تنظیم می نماید تا دما به عدد تنظیمی برسد.
