أنواع نظام التحكم .. وأمثلة عليها

ما هو نظام التحكم

نظام التحكم هو عبارة عن مجموعة من العناصر المتصلة موحدة واحدة بهدف التوجيه أو تنظيم نفسها أو أي نظام آخر من أجل توفير مخرجات، لذلك يتم استخدام نظام التحكم لتوجيه عمل النظام المادي لتحقيق الهدف المنشود .

مثلاً في يحتاج كل من التلفزيون والثلاجة ومكيفات الهواء والسيارات والأقمار الصناعية، تحكم متوافق لتوفير الإخراج الذي تم تصميمه من أجل هذا الجهاز، وبالتالي يتم اعتبار هذه أحد أنواع أنظمة التحكم.

أنواع أنظمة التحكم

في المعتاد يتم تقسيم أنظمة التحكم إلي نوعين وذلك وفقاً للناتج المتورط في التحكم في العمل أم لا وهما كتالي:

نظم التحكم المفتوحة

في هذا النوع من أنظمة التحكم يكون الإدخال المطبق أو عامل التحكم مستقلاً عن إخراج النظام.

ويُطلق أحيانًا على نظام التحكم في الحلقة المفتوحة نظام عدم التغذية الراجعة هذا لأنه لا يحدث مقارنة بين مدخلات ومخرجات النظام للتحكم في الإجراءات.

-مثال على نظام الحلقة المفتوحة

• 
  قضيب الغمر
  

قضيب الغمر هو القضيب يستخدم من أجل تسخين المياه، عندما يتم توفير المدخلات، مثلاً يتم إعطاء الإمداد الخارجي مما يجعل القضيب يعمل على تسخين

الماء

، ولكن لا توجد طريقة يمكن من خلالها للقضيب أن يشعر بمستوى التسخين المطلوب، أي أن

التغذية الرجعية

غير موجودة، لذلك يعتبر

أشهر

مثال على

نظام التحكم المفتوح

.

نظم التحكم المغلقة

في هذا النظام المغلق يعتمد الإدخال المطبق أو عامل التحكم على إخراج النظام، ويُعرف أيضًا باسم نظام التحكم في التغذية الراجعة لأنه في مثل هذه الأنظمة يتم إجراء المقارنة بين المدخلات والمخرجات المحققة للحصول على إشارة الإخراج المطلوبة.

-أمثلة على نظام التحكم في الحلقة المغلقة

• 
  مكيفات الهواء
  

تستخدم مكيفات الهواء لتنظيم درجة حرارة الغرفة، لذلك فإن أنظمة التحكم هذه تستفيد من منظمات الحرارة كوحدة تغذية راجعة.

يتم قياس درجة الحرارة الفعلية للغرفة أولاً وبالتالي يتم تعديل درجة الحرارة للحصول على القيمة المطلوبة لدرجة حرارة الغرفة.[1]

• 
  نظام التحكم في درجة الحرارة
  

الغرض الرئيسي الذي من نظام التحكم في درجة الحرارة هو الحفاظ على درجة حرارة ثابتة للماء لذلك بشكل عام تُستخدم هذه الأنظمة لتوفير درجة حرارة ثابتة عند الإخراج.

في مثل هذا النوع من الأنظمة، تأتي المياه من المخرج بمعدل تدفق ثابت، أيضًا يتم خلط البخار المتولد داخليًا من الصمام مع الماء للحصول على درجة حرارة ماء محددة مسبقًا.

يتم استخدام مقياس حرارة للضغط داخل النظام يعمل بمثابة تغذية راجعة، لذلك عندما يتم توفير مدخل مرجعي للنظام فإن الصمام الحالي يولد إشارة تحكم تشير إلى النظام لتوفير الكمية المطلوبة من البخار.

وعندما يختلط البخار مع الماء القادم من المخرج، يتم قياس درجة حرارة الماء بواسطة مقياس حرارة الضغط ومقارنتها مع المدخلات المرجعية المعطاة للنظام، وفي حالة الوصول إلي درجة الحرارة المرغوبة يحدث تكافؤًا مع درجة الحرارة المتولدة، يتم إنشاء إشارة التحكم ويتم إيقاف تدفق البخار.

ولكن في حالة وجود قدر من الاختلاف بين قيمتي درجة الحرارة، فإن وحدة التحكم تولد إشارة التحكم فيما يتعلق بمستوى فرق درجة الحرارة الذي يتم تعويضه بشكل أكبر أثناء العملية.

خصائص نظام التحكم الجيد

هناك مجموعة من الخصائص أو المميزات التي يجب أن توجد في أي نظام تحكم ليصبح نظام يعمل بكفاءة، وفيما يلي بعض الخصائص الهامة:

• 
  
  
  الدقة
  

في نظام التحكم يجب أن يعمل بدقة لذلك يجب ألا يحتوي النظام علي اي خطأ، وهذا يعني أنه يجب أن تكون دقة نظام التحكم مرتفعة أو بمعنى أخر يجب أن يكون الخطأ أقل.

الحساسية

يجب أن تكون حساسية نظام التحكم أقل، هذا يعني أنه يجب صنعه بطريقة لا تتأثر بالمؤثرات الخارجية، إذا حدث أي اضطراب في الأمام أو مسار التغذية المرتدة، فلا ينبغي أن يكون له تأثير كبير في إخراج نظام التحكم، لذا فإن تلك الأنظمة ذات الحساسية الأقل تعتبر نظام تحكم جيد.

• 
  عرض النطاق الترددي
  

بقصد بعرض النطاق الترددي هو نطاق من الترددات يمكن لنظام التحكم أن يعمل عليه، لذلك للحصول على نظام تحكم جيد، يجب أن يكون عرض النطاق الترددي للنظام مرتفعًا.

• 
  الاستمرار
  

يجب أن يكون نظام التحكم الجيد مستقر حتى في حالة حدوث أي اضطراب في النظام ، مدى سرعة ظهور النظام في حالته الأصلية، إذا استعاد حالته الأصلية فإن النظام يسمى مستقر للغاية. ويجب أن يتمتع نظام التحكم الجيد بثبات عالٍ.

• 
  السرعة
  

يجب أن تكون سرعة نظام التحكم مرتفعة، وذلك لان من المعروف أن النظام البطيء لا يوجد أي  فائدة منه، مثلاً إذا كانت تحتاج المكواة الكهربائية إلى وقت طويل حتى تسخن فلن تجني فائدتها.

• 
  عدم وجود تذبذبات
  

يجب أن يكون لنظام التحكم الجيد اهتزازات أقل، وذلك لأن التذبذبات تجعل النظام أقل كفاءة.[2]

أهمية نظام التحكم

• 
  التطور التكنولوجي في الصناعة يرتبط بنظام تحكم لذلك فهو أحد الجوانب الرئيسية لتنمية الصناعة
  
• 
  كما هو الحال في تكنولوجيا الفضاء، ونظام الطاقة، ونظام النقل، والروبوتات، وأدوات التحكم في الآلات لأن كل هذه الأشياء تحتاج إلى أنظمة تحكم.
  
• 
  توفر أنظمة التحكم المختلفة الاستجابات أو التطبيق المطلوب عند توفير التحكم المناسب لهم.
  

ومن الجدير بالذكر في هذه الحالات يجب أن تكون مدخلات ومخرجات نظام التحكم لها علاقة رياضية مناسبة بينهما، وعندما يكون هناك تناسب خطي بين مدخلات ومخرجات النظام، يُعرف باسم نظام التحكم الخطي.

مكونات نظام التحكم

ينقسم نظام التحكم إلى بشكل أساسي إلى مجالين رئيسيين وهما:

• 
  عملية خاضعة للرقابة
  
  
  :
  

يُعرف جزء النظام الذي يتطلب التحكم بالعملية أو المصنع الخاضع للسيطرة.

• 
  وحدة التحكم
  
  
  

يُعرف العنصر الداخلي أو الخارجي للنظام الذي يتحكم في العملية باسم وحدة التحكم.

وهناك أيضاً بعض المكونات الهامة الاخرى وهما كتالي:

• 
  الإدخال
  

لكي يقدم النظام النتيجة المرغوب فيها، يجب توفير بعض

إشارات

التنشيط ، ويتم إعطاء هذه الإشارات من خلال مصدر خارجي، والتي تُعرف بأسم الإشارة المقدمة خارجيًا للعملية المطلوبة باسم الإدخال.

• 
  الإخراج
  

الإخراج هو الاستجابة الإجمالية للنظام التي يتم تحقيقها بعد تطبيق الإدخال.

• 
  الاضطرابات
  

في بعض الأوقات، حتى عند وجود المدخلات المطلوبة، يحدث فشل في نظام توليد المخرجات المطلوبة، لذا فإن هذه الإشارة التي تسبب الاختلاف في المخرجات المرغوب تُعرف باسم الاضطرابات.

وبالتالي يمكن أن تكون الاضطرابات من نوعين اعتمادًا على أصلها إذا كان الاضطراب ناتجًا عن النظام نفسه، فإنه يُعرف باسم الاضطرابات الداخلية.

بينما يحدث الاضطراب من مكان ما خارج النظام ويعمل عن غير قصد كمدخل آخر للنظام يسبب تأثيرًا سلبيًا على المخرجات، ثم تعرف باسم الاضطرابات الخارجية.