الدرس الأول: مقدمة في مادة التحكم (Control)

بسم الله الرحمن الرحيم

الحمد لله رب العالمين، والصلاة والسلام على أشرف الخلق والمرسلين، نبينا محمد الصادق الأمين، وعلى آله وصحبه أجمعين، ومن تبعهم بإحسان إلى يوم الدين، ثم أما بعد:

سأبدأ -بإذن الله تعالى- هذه السلسة المباركة -إن شاء الله تعالى- في شرح أساسيات التحكم (Modern Control Principles) عن طريق مجموعة من الدروس المكتوبة، وسأحاول بإذن الله تعالى -جاهداً- أن أدعم الكلام النظري بصور للتوضيح، وإرفاق روابط فيها عملية (Simulation) لبعض الأمثلة حتى يسهل الشرح -بإذن الله تعالى-.

مقدمة في التحكم

في هذا الدرس، سنتطرق إلى المفاهيم الأساسية في التحكم من خلال مثال تفصيلي، ولن تكون هناك أي علاقات رياضية في شرح هذا المثال.

النظام (Process) الذي سنستخدمه مكون من خزان (Tank) ويحتوي هذا الخزان على زيت. وهذا الخزان يجلس على سخان (Heater)، وهو يزود الخزان بالطاقة الحرارية إلى الزيت.

وكمية الطاقة من هذا السخان تعتمد على كمية الفولتية المدخلة إلى ذلك السخان والمتحكم فيها عن طريق (Knob). انظر إلى الصورة1 ، التي تم رسم هذا النظام فيها.

وفي هذا التطبيق، نحن مهتمون بتنظيم درجة حرارة الزيت الموجود داخل هذا الخزان. وهذا النظام يمكن أن يُمَثّل كما في الصورة2. والمدخل(Input) لهذا النظام هو الفولت(Voltage) إلى السخان أو موقع(Knob)، بينما المخرج (Output) لهذا النظام هو درجة حرارة الزيت.

سنفترض بأن هذه العملية موجودة في مصنع معين، والعامل سيعدل (Voltage Knob) ليجعل درجة حرارة الزيت كما هي مرغوبة أو مطلوبة من الرئيس (desired Value).

سيقوم العامل باستعمال جدول ليغير من مكان (knob)، وهذا الجدول يحتوي موقع (knob) والقيم المقابلة لدرجة الحرارة في حالة الثبات(ونقصد بحالة الثبات أي القيمة النهائية؛ لأن هذه العملية تحتاج إلى وقت معين للوصول إلى القيم المطلوبة(desired Value) ). وعن طريق التجريب تم تحديد قيم هذا الجدول.

عند نغيير مكان (knob)، ستقاس قيم درجة الحرارة المقابلة عن طريق متحسس حرارة (sensor) مثل Thermometer أو Thermocouple. انظر صورة3.

الحالة الموجودة في صورة3 يمكن تمثيلها بما يسمى ب (Block Diagram) كما في الصورة في الأسفل. رئيس المصنع يقرر درجة الحرارة المطلوبة، وسيخبر العامل بدرجة الحرارة ليعدّل موقع (knob) ليحصل على درجة الحرارة المطلوبة. وقد استعمل العامل الجدول ليختار موقع (knob).

درجة حرارة الزيت يجب أن تتجه نحو الدرجة المطلوبة بشكل تدريجي، ولكن درجة الحرارة الدقيقة (actual temperature) ستكون مختلفة نوعاً ما عن درجة الحرارة المطلوبة بسبب التغيرات البيئية وظروف التشغيل.

العامل لا يعلم القيمة النهائية؛ لأنه لا يوجد لديه سينسور في هذه الحالة ليعطيه درجة الحرارة الحالية. العامل فقط عدّل (knob) وتأمل أن تصل درجة الحرارة إلى درجة الحرارة المطلوبة. وهذا يسمى ب (Open Loop System). في هذه الأنواع من الأنظمة، المخرج (Output) وهو هنا درجة الحرارة متحكم به مباشرة باستخدام جهاز معين (إنسان هنا) بدون قياس لقيمة المخرج (Output).

صورة رقم 4: Block Diagram representation of the open loop system.

أذا أحب رئيس المصنع أن يحصل على درجة حرارة أكثر دقة، يعني أن تكون درجة حرارة الزيت الحالية قريبة جداً جداً للقيمة المطلوبة. هنا، سيقوم بشراء (Thermometer) وهو عبارة عن سينسور لقياس درجات الحرارة؛ لذلك سقوم العامل بقراءة درجة الحرارة وعلى إثر ذلك سيعدل من موقع (knob) بشكل تدريجي ليجعل قيمة درجة الحرارة قريبة بقدر الإمكان من القيمة المطلوبة.

إذا كانت الدرجة المقاسة (desired temperature) أقل من القيمة المطلوبة (desired temperature)، سيقوم بزيادة (knob) لزيادة درجة الحرارة، وعكس ذلك سيقوم يتخفيفها. سيظل العامل يفعل هذا حتى تصل درجة الحرارة إلى الدرجة المطلوبة.

في هذه الحالة، أصبحت لدى العامل القدرة لعمل هذا لوجود (sensor) أو ما يسمى (feedback information) حول درجة حرارة الزيت. وفي هذه الحالة لدينا ما يسمى (closed loop system).

[SIZE=4]صورة رقم 5: closed loop of the oil temperature.

الحالة في صورة رقم 5، يمكن تمثيل ذلك باستخدام ما يسمى (Block diagram) كما موضح في صورة رقم 6.

يحدد الرئيس القيمة المطلوبة (desired value)، وسيخبر العامل بذلك ليعدّل موقع (knob). العامل يستخدم القيمة المطلوبة (desired value) والقيمة المقاسة (measured value) ليقوم بحساب نسبة الخطأ = القيمة المطلوبة - القيمة المقاسة (error = desired - measured). إذا كانت نسبة الخطأ موجبة، فسيقوم العامل برفع درجة الحرارة، وعلى العكس من ذلك، سيقوم بتقليل درجة الحرارة، وسيستمر في عملية رفع أو تقليل درجة الحرارة حتى تصبح نسبة الخطأ تساوي صفراً (desired = measured). والملاحظ هنا، أن الجدول لم يعد مهماً في تعديل درجات الحرارة.

صورة رقم 6: Block diagram representation of the closed loop (feedback) system.

في التجربة الماضية، المتحكم (Controller) كان عامل المصنع. والمتحكم هو جزء من النظام يقوم بعملية اتخاذ القرار اعتماداً على المطلوب. والمطلوب كان من هذا النظام هو الوصول إلى درجة حرارة الزيت المطلوبة. وكان ذلك بعمل مقارنة بين القيمة المطلوبة والقيمة المقاسة لدرجات الحرارة وجعل الفرق بينهما هو صفر.

العامل هنا يمكن استبداله دارة إلكترونية، كمبيوتر أو متحكم ميكانيكي. وقد تم استعمال thermocouple لقياس درجة الحرارة، ويقوم بتحويلها إلى فولتية يمكن استخدامها في الدارة الالكترونية أو في الكمبيوتر.

إن العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة يمكن استخدامها في تصميم آلية (mechanism) حركة (knob) للأعلى أو للأسفل للوصول إلى درجة حرارة الزيت المطلوبة .

نكتفي بهذا القدر، وأرجو أن يتم الاستفادة من هذه الدروس القيمة -بإذن الله تعالى- من كل الأخوة الموجودين معنا في المنتدى.

وأرجو أن لا تنسوني من دعائكم الصادق،
والسلام عليكم ورحمة الله

3 إعجابات

جزاكم الله خيراً، أستاذ!!

ربنا يوفقك ونحن في انتظار إكمال المحاضرات وخوض غمار التحكم التلقائي، ولكن لي سؤال هل هناك أي برنامج سيستخدم لمتابعة هذه المحاضرات والتفاعل معها، وكذلك هل ترشح احد المراجع أن تكون متاحة لدى مراجعي محاضراتك الشيقة والنافعة إن شاء الله

وإياكم أستاذي أبو أنس،

اللهم آمين، وبارك الله فيكم على هذا المرور.

سأحاول أن أكتب كل يوم صباحاً حلقة -بإذن الله تعالى-، وسأحاول أن أستغل العطلة الفصلية بإضافة مشاركات مهمة تهم كل المهندسين.

أما بالنسبة للكتب: لا يخفي عليكم أن هناك العديد من المراجع المهمة المفيدة وأظن أن معظمها موجود في المنتدى، ومن أهم الكتب

1- كتاب أوجاتا (Modern Control Engineering, 4th edition)،
2- كتاب (Control System Engineering)،

ولكن سأحاول أن أضع المواضيع الأساسية في هذه المادة، وجمعت العديد من الأمثلة والأسئلة من مراجع مختلفة - بإذن الله تعالى-، وأسأل الله التوفيق لكل الأخوة، إنه ولي ذلك والقادر عليه.

جزاك الله خيرا مهندس هانى
فعلا موضوع متميز جدا

اللهم زد من نفعهم


جزاكما الله خيراً على هذا المرور الجميل، وبارك الله فيكما. وشكراً لكما

جزاكم الله خيراً

جزاك الله خبرا م هاني و أعجبني جدا طريقة الانتقال في الشرح من open loop إلي closed loop بالتوفيق وإلى المزيد

جزاك الله خيرا

بارك الله فيك وجزاك الله خير موضوع متميز

بحب جدا ماده التحكم

فى الحقيقه موضوع ممتاز جدا ومشكور على المعلومات المفيده ديه ونرجوا التواصل على الدروس المفيد علشان هى فى الاصل مرجع لكل مهندس

اكرر الشكر

جزاكم الله خيراً، وبارك الله فيكم

جزاك الله خيرا

السلام عليكم

الشرح رائع جزاكم الله خيراً ولكن هناك فقط بعض الأخطاء الإملائية البسيطة ،

بارك الله فيكم ونفع الله بكم.

جزاك الله خيرا… استفدت من هذا الدرس

جزاك الله خيرا…الدرس له فائدة ومعجب بطريقة شرح الموضوع …عاشت ايدك

الله يرضى عنك


برافو يا باشمهندس

بسم الله الرحمن الرحيم
ابداع بمعنى الكلمة

بارك الله فيك