يدخل التحكم الآلي في العديد من المجالات في وقتنا الحاضر وهذا بفضل التطور المستمر في تكنولوجيا الحاسبات الالكترونية (Computers) والانسان الالي( Robot) , وسنتعرف عبر مقالنا هذا علي تصنيف أنظمة التحكم الآلي وسنتعرف علي الفارق بين أنظمة التحكم الآلي المفتوحة والمغلقة.
 |
| نظام التحكم المفتوح والمغلق |
تصنيف أنظمة التحكم الآلي Classification of Control Systems
تنقسم أنظمة التحكم إلى نوعين أساسيين من التحكم، التحكم ذو الدائرة المفتوحة (open loop control system) والتحكم ذو الدائرة المغلقة (closed loop control system) وفي أنظمة التحكم ذات الدائرة المفتوحة لا يؤثر الخرج على عملية التحكم، أي لا يوجد بها تغذية خلفية ولا عنصر مقارنة بين الدخل والخرج. وفي نظام التحكم ذو الدائرة المغلقة تكون إشارة الخرج لها تأثير مباشر على عملية التحكم بمعنى أن أنظمة التحكم ذات الدائرة المغلقة هي أنظمة تحكم ذات تغذية خلفية.
منظومات التحكم الآلي ذات الحلقة المفتوحة open loop control system
وهذه الأنظمة لا يوجد بها تغذية مرتدة، حيث لا تتأثر فيها قيمة إشارة الدخل بقيمة إشارة الخرج . أي أن قيمة إشارة الخرج ليس لها فاعلية على مقدار إشارة الدخل.مكونات منظومات التحكم ذات الحلقة المفتوحة
- حيز التحكم: وهو الوسط المسيطر عليه
- الدخل إشارة محددة.
- الخرج: الكميه الموجهة
- وحدة التصحيح: وتعمل يدويا على توجيه الكمية الموجهة حسب إشارة الدخل.
أمثلة على منظومات التحكم ذات الحلقة المفتوحة
تدفئة حجرة بواسطة ملف تسخين يعمل بالماء الساخن الذي يتم التحكم في معدل تدفقه خلال الملف عن طريق صمام تحكم يدوي ويوضح الشكل القادم منظومة التدفئة التي تعمل تبعا لنظام التحكم الآلي ذات الحلقة المفتوحة.
|
|
منظومة التدفئة التي تعمل تبعا لنظام التحكم الآلي ذو الحلقة
المفتوحة |
وفي هذه المنظومة يتم ضبط صمام التحكم اليدوي على فتحة معينة فتنساب المياه
الساخنة في الملف ناقلة الحرارة إلى هواء الغرفة فإذا كان الضبط الأولي للصمام
سببا في تدفق المياه الساخنة بمعدل يزيد على حاجة الغرفة فسوف يؤدي ذلك إلى رفع
درجة حرارة الغرفة بدرجة أزيد من المطلوب مخالفا لشروط الراحة المطلوبة والعكس
صحيح ويظل الوضع الخاطئ للصمام مستمر ما لم يقم عامل التشغيل بإعادة ضبط فتحة
الصمام بما يناسب الحمل الحراري المطلوب لتحقيق شروط الراحة كما أن الظروف
الخارجية سوف تتسبب في حدوث خلل في التشغيل حيث لا يوجد ربط بين معدل تدفق
المياه الساخنة ودرجة حرارة الغرفة.
خواص منظومات التحكم ذات الحلقة المفتوحة
- تعتمد إشارة التصحيح على قيمة الدخل ولا تتأثر بقيمة الخرج.
- لا يتم التصحيح أوتوماتيكيا عند حدوث تغير في الخرج غير مرغوب فيه
- يتأثر دائما الخرج بأي تغير في النظام نتيجة التشويش.
- الخرج ليس له تأثير على الدخل ( أي لا توجد تغذية مرتدة)
- تتوقف دقة الخرج على مدى دقة النظام وثباته.
مميزات منظومات التحكم ذات الحلقة المفتوحة
- بسيط التكاليف.
- سهل التكوين
- رخيص بالمقارنة بمنظومات التحكم الآلي ذات الحلقة المغلقة.
- أكثر اتزانا لأنه لا يتأثر بالتغذية المرتدة
- سهل الصيانة والإصلاح.
عيوب منظومات التحكم ذات الحلقة المفتوحة
- يتأثر بالتشويش الداخلي والخارجي.
- لا توجد علاقة بين الدخل والخرج.
- يتطلب معايرة للخرج كل فترة زمنية.
- يحتاج لمجهود عضلي ومتابعة مستمرة.
منظومات التحكم الآلي ذات الحلقة المغلقة closed loop control system
مكونات منظومات التحكم ذات الحلقة المغلقة
حيز التحكم: وهو الوسط المسيطر عليه أو المراد التحكم فيه.الدخل: هو قيمة الظرف المسيطر عليه المرغوب فيها وهي أيضا نقطة الضبط للمنظم الأوتوماتيكي.
الخرج: هو القيمة الحقيقية المقاسة للظرف المسيطر عليه.
التغذية المرتدة: وهى تغذية الدخل بجزء صغير جدا من الخرج.
أمثلة على منظومة التحكم ذات الحلقة المغلقة
تكييف غرفة صيفا باستعمال ملف تبريد مزود بالماء البارد و يوضح الشكل القادم نظام تحكم ذي حلقة مغلقة يستخدم للتحكم في تكييف غرفة صيفا باستعمال ملف تبريد مزود بالماء البارد.
|
| نظام تحكم ذي حلقة مغلقة يستخدم في تكييف غرفة صيفاً |
وفي هذا المثال العناصر المكونة لنظام التحكم الآلي هي:
- الحساس: عنصر حراري مثبت بالحيز المكيف لقياس درجة حرارة الهواء داخل الغرفة
- المرسل: حاكم درجة الحرارة (الثرموستات)
- مصدر الطاقة. طاقة كهربية ترسل تحت الحاكم (توصيل الكهرباء المخصص للتحكم بتأثير إشارة الحساس).
- الجهاز الموجه. صمام ثلاثي كهرومغناطيسي.
- وسيلة التحكم: مياه باردة
- المتغير المحكوم: درجة حرارة الغرفة الداخلية
- العملية: تبريد.
شرح أداء عناصر التحكم لوظائفها
تكتشف العناصر الحساسة التغير الفعلي للمتغير المحكوم وتتأثر بهذا التغير وتعطي
إشارة إلى المرسل فيعمل بدورة على مقارنة إشارة الحساس بنقطة الضبط . وعند حدوث
الفرق يرسل إشارة إلى الجهاز الموجه حيث يعمل مصدر القدرة على تكبير ها عند
اللزوم تنتقل هذه الطاقة عبر وسائل التوصيل (أسلاك كهربائية، أنابيب هواء مضغوط. الخ) إلى الجهاز الموجه (صمام، محرك، خوانق، مراوح .. إلخ) وبالتالي تحقيق العملية المطلوبة (تبريد، تسخين، ترطيب إلخ).
تكتشف العناصر الحساسة التغير الجديد الذي حدث فتعطي إشارة للحاكم الذي يقوم بدورة بإرسال إشارة للجهاز الموجه بتغيير قيمة وسيلة التحكم وهكذا.
ونلاحظ أن عملية التحكم تنطلق من الحساس لتنتهي عنده من جديد بعد التغيير الذي يطرأ على وسيلة التحكم لذلك نسمي هذا النوع من أنظمة التحكم بالحلقة المغلقة.
خواص منظومات التحكم ذات الحلقة المغلقة
- تعتمد إشارة التصحيح على قيمة الدخل والخرج معا
- يتم التصحيح أوتوماتيكيا عند حدوث تغير في الخرج غير مرغوب فيه
- لا يتأثر الخرج بالتغيرات في النظام حيث يتم تصحيحها أوتوماتيكيا.
- تؤثر قيمة الخرج على الدخل ( أي توجد تغذية مرتدة)
- يحتاج لأجهزة قياس ومقارنة.
مميزات منظومات التحكم ذات الحلقة المغلقة
- لا يحتاج لمجهود ولا متابعة
- ثابت القيمة حيث يتم التصحيح أوتوماتيكيا.
- لا يتأثر للمقلقات الداخلية والخارجية.
عيوب منظومات التحكم ذات الحلقة المغلقة
- ذو تجهيزات معقدة
- معقد الصيانة والإصلاح ويحتاج إلى عامل ماهر متخصص.
- مرتفع التكاليف
الفرق بين أنظمة التحكم ذات الدائرة المفتوحة والمغلقة
- تتميز أنظمة التحكم ذات الدائرة المغلقة باستخدام التغذية الخلفية التي تجعل النظام المتحكم فيه قليل الحساسية للاضطرابات الخارجية والتغيرات الداخلية في معاملات النظام. وعلى ذلك فإنه يمكن استخدام مكونات رخيصة وأقل دقة نسبيا للحصول على نظام تحكم دقيق، وهذا غير ممكن في حالة التحكم ذي الدارة المفتوحة.
- ومن ناحية استقرار وتوازن الأنظمة فإن التحكم ذات الدائرة المفتوحة يعتبر أسهل في بنائه عن التحكم ذي الدائرة المغلقة، حيث يتطلب التحكم ذو الدائرة المغلقة تصميما خاصا للحفاظ على الاستقرار مع الدقة.
- يستخدم نظام التحكم ذو الدائرة المفتوحة عندما يكون الدخل معروفا ومحددا وليست هناك أية اضطرابات متوقعة. وتظهر أهمية وأفضلية نظام التحكم ذو الدائرة المغلقة عند احتمال وجود اضطرابات غير محددة أو تغيرات غير معروفة في معاملات المكونات.
- في بعض الحالات يستخدم التحكم ذي الدائرة المفتوحة لتقليل النفقات، وفي حالات أخرى يكون الجمع بين التحكم ذي الدائرة المفتوحة والتحكم ذي الدائرة المغلقة أقل تكلفة مع إعطاء نتائج وخصائص مرضية لنظام التحكم.