تنظيم ضرايب PID

مفهوم کنترلر PID چیست؟ چگونه ضرایب PID یک سیستم کنترلی را تنظیم کنیم؟{بخش اول}

مقدمه

برای بیشتر ما تنظیم ضرایب PID و مفاهيم کنترلر PID همیشه مورد سوال بوده است و سوالاتی مشابه زیر در ذهن مان بوده است که شاید خیلیاش چون به رشته تحصیلی ما مربوط نمی شده است جواب درستی برای آن نداشتیم یا اینکه با رشته تحصیلیمون مرتبط بوده است ولی استادان محترم دانشگاهها فقط یه مطلبی به صورت آکادمیک و کتابی گفتن و ما هنوز در بخش مفاهیم ماندیم!!

در این مقاله قصد داریم به سوالات زیر یک بار برای همیشه پاسخ بدیم:

1- ضرایب PID چیست؟ یا PID controller چیست؟

2- ضرایب PID چه ربطی به کوادکوپتر دارند؟

3- مقدارهایی که من باید برای رباتم در نظر بگیرم چقدر است؟

4- آیا امکان دارد که من از فلایت کنترلی استفاده کنم که نیازی به تنظیم این اعداد و ارقام و این چیزا نباشه؟! 

وسوالات مشابه دیگری.

كنترلر PID

کنترلر PID یک سیستم کنترلی می باشد که خطاهای ما را کاهش می دهد. این سیستم کنترلی در خیلی از کارخانه ها و مکان ها برای کنترل فشار، دما، سطح و بسیاری از فرایندها کاربرد دارد. همه سیستم های کنترلی که در حال حاضر در جهان برای کاهش خطا استفاده می شود از همین سیستم کنترلر PID به عنوان پایه و اساس استفاده کرده اند. برای واضح تر شدن اینکه این سیستم کنترلی چیست مثالی را ذکر می کنیم. در کارخانه های قدیم که این سیستم کنترلی موجود نبود از انسان ها برای انجام کنترل ها استفاده می کردند. به مثال زیر دقت کنید تا تفاوت سیستم های کنترل دستی و سیستم کنترل اتوماتیک را بهتر متوجه شوید.

سيستم كنترل دستي

فرض کنید در یک کارخانه سیمان برای پختن مواد اولیه سیمان در کورده از شعله های با درجه حرارت متفاوت استفاده می کردند و این درجه حرارت باید توسط یک فرد کنترل می شد. نحوه کنترل به این صورت بود که یک نفر به صورت مداوم درجه حرارت بالای کوره را می خواند و با استفاده از آن گاز ورودی به کوره را به صورت دستی کم و زیاد می کرد. به عنوان مثالی دیگر همین شوفاژهایی که در بسیاری از خانه ها برای گرم کردن خانه استفاده می شود را می توان به عنوان یک سیستم کنترلی PID در نظر گرفت. در موتورخانه شوفاژها از یک مبدل حرارتی استفاده می شود که نیاز به کنترل دمای آن است. در صورتی که سیستم کنترلر PID نباشد یک نفر باید به صورت مداوم گیج بالای مبدل را بخواند و دمای آب را کنترل کند تا آب بسیار داغ یا بسیار سرد نشود و خطاهایی که بوجود می آید را اصلاح کند. این سیستم کنترلی که توسط انسان انجام می شد خودش بسیار خطا داشت و نیاز به این بود که یک سیستم کنترلی اتوماتیک که خطاها را کاهش دهد و از خطرات جانی هم جلوگیری کند طراحی شود چون دما بالا بود و هر لحظه در معرض این دما بودن خطرناک بود. به شکل زیر دقت کنید:

سیستم کنترل دستی

در شکل بالا اُپراتور به گیج بالای آب دقت می کند و در صورتی که دمای آب زیاد بالا رود اُپراتور شیر گاز را کم کم می بندد تا دمای آب پایین بیاید و در صورتی که دمای آب زیاد کاهش یابد اُپراتور شیر گاز را کم کم باز می کند تا دمای آب بالا رود و به همین ترتیب یک نفر باید آماده و سرپا دمای آب را پایش کند و به صورت دستی شیر گاز را کم و زیاد کند. که کاری بسیار طاقت فرسا و سخت است. یک اصطلاح آکادمیک هم از این شکل یاد می گیریم:

فیدبک(Feedback): همین که اُپراتور از روی گیج دما را می خواند و میزان خطا را متوجه می شود  فیدبک می نامند. یعنی نتیجه آخرکاری به ابتدای کار اطلاع داده می شود تا دستور مناسب انجام شود. در اینجا نتیجه آخرکار که همان دمای گیج می باشد به اُپراتور اطلاع داده می شود تا متوجه شود که شیر گاز را باید کم کند یا زیاد کند؟ فیدبک را با نام های دیگری همانند بازخورد یا پس خورد هم در کتاب های درسی پیدا می کنید.

سيستم كنترل اتوماتيك

در سیستم کنترل اتوماتیک دیگر نیازی به اُپراتور نیست. در این روش با استفاده از یک سیستم کنترلر PID تمامی کارهای یک اُپراتور را به صورت کاملا دقیق سنسورها و کنترلر ها انجام میدهند و نه خطای انسانی دارد و نه مسایل جانی و مالی و…!!!

حالا این سیستم کنترلی PID چگونه کار می کند؟

مواد لازم برای حذف اُپراتور:

1- یک شیر گاز کنترلی به جای شیر گاز دستی 

2- یک کنترلر PID به جای اُپراتور سخت کوش ما !!!

3- یک انتقال دهنده دمای گیج به کنترلر PID (ترانسمیتر)

نحوه عملکرد هم به این صورت است که ابتدا ترانسمیتر یا همان انتقال دهنده دمای گیج، دمای خوانده شده مربوط به آب داغ را از طریق سیم ها به کنترلر PIDمنتقل می کنه(البته جدیدا به صورت وایرلس هم انجام می شود) و کنترلر PID هم یه نگاهی به داخل خودش میندازه ببینه این عددی که الان از بالای کوره اومده با عددی که قبلا انسانها بهش گفتن هم خوانی داره یا نه؟؟؟ چون ما قبلا به کنترلر PID گفتیم که ما دمای مثلا دمای 50 درجه می خواهیم. حالا کنترل کننده هم یه چشمش به عددی هست که از بالای کوره اومده و یه چشمش هم به عددیه که انسانها بهش دادن و خلاصه میفته تو کار مقایسه کردن! وقتی مقایسه کرد و اختلاف این دوعدد را متوجه شد سریع به شیر کنترلی دستور میده که شیر گاز رو کم کن یا زیاد کن تا دمای مورد نظر تنظیم بشه. شیرکنترلی هم مجبوره دستور نیروی مافوق رو اطاعت کنه وسریع شیر گاز را کم و زیاد می کند تا شعله کم و زیاد بشه و دمای آب بالای کوره درست بشه.

تنظیم PID برای کوادکوپتر

در شکل به وضوح استفاده از یک سیستم کنترلی شرح داده شده است. یک شیر کنترلی هم مشاهده می کنید که با استفاده از فشار هوا و 4 عدد فنری که در بالای اون قرار دارد به صورت اتوماتیک گاز را کم و زیاد می کند. در محاسبات خطایی که کنترلر آن را متوجه می شود با E نشان می دهند که برگرفته از اول کلمه Error می باشد.

پایان بخش اول

برای اطلاع از زمان انتشار بخش دوم این مقاله می توانید ما را در تلگرام و اینستاگرام دنبال کنید:

شاید دوست داشته باشید مطالب زیر را نیز بخوانید:

4 نظر

  • محمود طاهری

    با سلام ممنون از مطلب خوبتون
    تنظیم ضرایب pid توسط pidtool در نرمافزار متلب و مشاهده اوورشوت، زمان خیز و… قابل مشاهده است ولی اگه ممکنه راجب نحوه ساخت pid با کدنویسی برا میکروکنترلر توضیح بدین
    مثلا برای کنترل سرعت موتور dc توسط میکرو با داشتن ضرایب چگونه باید عمل کنیم؟ با تشکر

    • قاسم قاسمی

      جناب طاهری سلام
      در مورد ساخت PID مطلب تخصصی تر می شود و نیاز به سلسله جلسات آموزشی مجزایی دارد که آن را در دستور کار قرار می دهیم.
      ممنون از توجه شما

  • محسن کاظم پور

    مدت زیادی بود که که کوادم موقع شروع پرواز شدیدا ویبره کرده وبعد کرش میکرد.از هر کدام از فروشگا ه های مدل که معمولا از اونها خرید میکنم هم جویای دلیل میشدم ،با آنهمه به قول خودشان اطلاعاتشان مثل….تو گل گیر میکردند.اما امروز بعد از خواندن مطلب شما در مورد PIDوتنظیم آنها در فلایتم به یک پرواز نرم واستیبل رسیدم.
    من اولین مطلب را در مورد کوادکوپتر در سایت شما خواندم و از این بابت بسیار ممنونم

    • قاسم قاسمی

      سلام جناب كاظم پور عزيز
      بسيار خوشحال هستيم كه مشكل كوادتان برطرف شده است. ان شاالله هميشه در همه امور موفق باشيد.
      با آرزوي بهترين ها

  • نوشتن نظر

    نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

    اضافه کردن تصویر ( فقط فرمت jpg)