مختبر توازن وحدة التحكم PID

يسمح مختبر توازن وحدة التحكم PID للطلاب بتجربة التحكم في التغذية الراجعة ذات الحلقة المغلقة بشكل مباشر. تتداول كرة معدنية على طول عارضة مائلة مدفوعة بمحركات دافعة مزدوجة بينما يقوم مخطط متحرك في الوقت الفعلي برسم نقطة الضبط المستهدفة (t)r (الأخضر) مقابل موضع الكرة الفعلي (t)x (الذهبي). تقيس وحدة التحكم باستمرار خطأ الموقع (t)e = r − x(t) وتحسب أمر المحرك الدافع (t)u = Kp·e + Ki∫e dt + Kd(de/dt). من خلال سحب حلقة نقطة الضبط على طول العارضة أو ركل الكرة، يكتشف المتعلمون سبب تذبذب التحكم التناسب النقي بلا نهاية، وكيف يعمل كسب المشتق Kd كفرامل تنبؤية لتخميد التجاوز، وكيف يلغي الكسب المتكامل Ki إزاحة التشذيب في الحالة المستقرة.

• اضبط Ki = 0 و Kd = 0 مع الحفاظ على Kp = 6، ثم اسحب حلقة نقطة الضبط الخضراء وراقب الكرة وهي تتذبذب ذهابًا وإيابًا دون تخميد.
• ارفع كسب المشتق Kd إلى 4.0 وراقب كيف تكبح وحدة التحكم ميل العارضة قبل أن تعبر الكرة نقطة الضبط، مما يزيل التجاوز.
• اضبط Ki = 0 مع Kp = 4 و Kd = 3.5 ولاحظ قراءة إزاحة الحالة المستقرة الصغيرة الناتجة عن تحيز تشذيب الجاذبية، ثم ارفع Ki إلى 1.0 لسحب الخطأ إلى 0.00 متر.
• انقر فوق الكرة أو اضغط على نبضة الاضطراب لتطبيق نبضة سرعة مفاجئة واختبار مدى سرعة تعافي حلقة PID المضبوطة.
• اسحب حلقة الهدف الخضراء بسرعة بين الطرفين الأيسر والأيمن للعارضة لاختبار وقت ارتفاع استجابة الخطوة وتجاوز الذروة.

1. 1حدد خطأ الموقع (t)e = (t)r − (t)x في نظام تحكم ذو تغذية راجعة مغلقة الحلقة.
2. 2اشرح الدور الفيزيائي لكل مصطلح في PID: صلابة التناسب (Kp)، وإلغاء التحيز المتكامل (Ki)، وتخميد المشتق (Kd).
3. 3تحليل مقاييس استجابة الخطوة بما في ذلك وقت الارتفاع، ونسبة تجاوز الذروة، ووقت الاستقرار، وخطأ الحالة المستقرة.
4. 4اضبط وحدة تحكم PID ذات ثلاثة شروط لتحقيق استقرار سريع ومخمد بشكل حرج بعد حدوث اضطراب خارجي.

أسئلة يطرحها المعلمون