کنترل دمای هیتر با استفاده از کنترل کننده PID با میکروکنترلر AVR

بهترین مثال برای روشن شدن این قضیه کنترل دمای یک هیتر می باشد که در پروتیوس هم این هیتر برای شبیه سازی وجود دارد. همانطور که می دانیم وقتی که ما هیتر را روشن می کنیم عوامل زیادی در دمای آن نقش دارند مثلا هیتر در فضای باز قرار دارد یا در فضای بسته و یا اینکه اندازه ابعاد اتاق چقدر است و ... خلاصه وقتی ما سیگنالی به هیتر اعمال می کنیم دما کم کم شروع به بالا رفتن می کند بعد از مدتی دیگه با اعمال تعدادی پالس مشخص دما به صورت تناسبی بالا نمی رود و می بینیم که دما به طور چشمگیری خود به خود بالا می رود و کنترل آن از دست ما خارج می شود. این مسئله را می توانید در پروتیوس به صورت عملی اجرا کنید که من آن را به صورت فایل جداگانه در پوشه Test_heter گذاشتم. می بینیم که کلیک کردن بر روی Button دمای هیتر بالا می رود شما چند کلیک که انجام بدهید دما سریع بالا می رود و دیگه قابل کنترل نیست و خود به خود بالا می رود. (حتما اجرا کنید تا به نقش مهم کنترلر PID پی ببرید)

حالا نقش کنترل کننده PID چیست؟

کنترل PID از حاصل جمع سه کنترل کننده تناسبی، انتگرالی، مشتق گیر، تشکیل شده است به عنوان مثال ما می خواهیم دمای هیتر را روی 50 درجه سانتیگراد تثبیت کنیم پس مقدار مطلوب ما یا همان Set Point برابر با SP=50 می باشد.

اگر ما سیگنالی به هیتر اعمال کنیم و دمای هیتر 50 درجه شود یعنی اینکه سیگنال خطا برابر با صفر شده پس فقط کنترل کننده تناسبی وارد عمل می شود و پروسه را کنترل می کند و قسمت انتگرالی و مشتق گیری ما مقدار صفر را خواهند داشت. OUT=P+0+0

اگر دمای اندازه گیری شده بیشتر یا کمتر از مقدار SP شود آنگاه کنترل کننده انتگرالی و مشتق گیر وارد عمل خواهند شد تا پروسه را به مقدار مطلوب برسانند. OUT=P+I+D وقتی این دو کنترل کننده وارد عمل خواهند شد که ما سیگنال خطا داشته باشیم (صفر نباشد) آنگاه قسمت انتگرالی از سیگنال خطا انتگرال می گیرد و قسمت مشتق گیر هم از سیگنال خطا مشتق می گیرد که حاصل جمع این سه خروجی PID ما می باشد.

تا اینجا مسئله روشن شده که کنترل PID چه کاربرد مهمی در پروسه ها مخصوصا پروسه های غیر قابل پیش بینی دارد. PID با استفاده خطا های قبلی و خطا های حال، آینده را پیش بینی کرده و تدابیری برای کنترل هر چه بهتر سیستم ایجاد می کند.

کنترل دمای هیتر با استفاده از کنترل کننده PID با میکروکنترلر AVR

بهترین مثال برای روشن شدن این قضیه کنترل دمای یک هیتر می باشد که در پروتیوس هم این هیتر برای شبیه سازی وجود دارد. همانطور که می دانیم وقتی که ما هیتر را روشن می کنیم عوامل زیادی در دمای آن نقش دارند مثلا هیتر در فضای باز قرار دارد یا در فضای بسته و یا اینکه اندازه ابعاد اتاق چقدر است و ... خلاصه وقتی ما سیگنالی به هیتر اعمال می کنیم دما کم کم شروع به بالا رفتن می کند بعد از مدتی دیگه با اعمال تعدادی پالس مشخص دما به صورت تناسبی بالا نمی رود و می بینیم که دما به طور چشمگیری خود به خود بالا می رود و کنترل آن از دست ما خارج می شود. این مسئله را می توانید در پروتیوس به صورت عملی اجرا کنید که من آن را به صورت فایل جداگانه در پوشه Test_heter گذاشتم. می بینیم که کلیک کردن بر روی Button دمای هیتر بالا می رود شما چند کلیک که انجام بدهید دما سریع بالا می رود و دیگه قابل کنترل نیست و خود به خود بالا می رود. (حتما اجرا کنید تا به نقش مهم کنترلر PID پی ببرید)

حالا نقش کنترل کننده PID چیست؟

کنترل PID از حاصل جمع سه کنترل کننده تناسبی، انتگرالی، مشتق گیر، تشکیل شده است به عنوان مثال ما می خواهیم دمای هیتر را روی 50 درجه سانتیگراد تثبیت کنیم پس مقدار مطلوب ما یا همان Set Point برابر با SP=50 می باشد.

اگر ما سیگنالی به هیتر اعمال کنیم و دمای هیتر 50 درجه شود یعنی اینکه سیگنال خطا برابر با صفر شده پس فقط کنترل کننده تناسبی وارد عمل می شود و پروسه را کنترل می کند و قسمت انتگرالی و مشتق گیری ما مقدار صفر را خواهند داشت. OUT=P+0+0

اگر دمای اندازه گیری شده بیشتر یا کمتر از مقدار SP شود آنگاه کنترل کننده انتگرالی و مشتق گیر وارد عمل خواهند شد تا پروسه را به مقدار مطلوب برسانند. OUT=P+I+D وقتی این دو کنترل کننده وارد عمل خواهند شد که ما سیگنال خطا داشته باشیم (صفر نباشد) آنگاه قسمت انتگرالی از سیگنال خطا انتگرال می گیرد و قسمت مشتق گیر هم از سیگنال خطا مشتق می گیرد که حاصل جمع این سه خروجی PID ما می باشد.

تا اینجا مسئله روشن شده که کنترل PID چه کاربرد مهمی در پروسه ها مخصوصا پروسه های غیر قابل پیش بینی دارد. PID با استفاده خطا های قبلی و خطا های حال، آینده را پیش بینی کرده و تدابیری برای کنترل هر چه بهتر سیستم ایجاد می کند.

کنترل کننده دیجیتالPID

در کنترل کننده های مدرن صنعتی و همچنین بلوکهای PID مربوط به PLC های مختلف ‫صنعتی این کنترل کننده بصورت دیجیتال پیاده سازی می شود. البته قدرت پیاده سازی ‫میکروپروسسوری به کنترل کننده PID محدود نشده و انواع دیگر کنترل کننده های خطی و ‫غیرخطی را می توان توسط میکروپروسسور پیاده سازی نمود.در اینجا بصورت مقدماتی ‫مباحث گسسته سازی کنترل کننده ها بیان گردیده و محور بحث را بر روی کنترل کنندهPID قرار می دهیم.

برای پیاده سازی کنترل کننده های آنالوگ در کامپیوتر لازم است آنها را به فرم زمان گسسته ‫تبدیل نماییم. در واقع این عمل با تقریب مشتق گیری و انتگرال گیری با روابطی که آنها را به ‫صورت معادلات تفاضلی و یا مجموع بیان کند، عملی خواهد شد.