مفهوم التحكم

    هذه المحاضرة ستوضح مفهوم التحكم من خلال مثال مفصل دون استخدام علاقات رياضية . يبين هذا المثال نظام حراري يتكون من خزان يحتوي على زيت و مسخِّن يقوم بتزويد الزيت بطاقة حرارية (رفع درجة حرارة الزيت ) تعتمد هذه الطاقة الحرارية على الجهد الكهربائي (الفولتية)الداخل إلى المسخِّن الذي يتم التحكم به من خلال مقبض يدوي { شكل(1)}.

الشكل (1 )

    يدخل التحكم في هذا النظام من خلال المحافظة على درجة حرارة الزيت ثابتة , أي إبقاء الزيت على درجة حرارة معينة حسب التطبيق المطلوب .

    يمكن تمثيل هذا النظام عن طريق مخطط كتلي ( رسم تخطيطي لمراحل العملية ) كما هو مبين بالشكل (2) , بحيث يمثل الجهد الكهربائي الذي يدخل إلى النظام من خلال موقع المقبض المدخلات, بينما تمثل درجة حرارة الزيت المخرجات .

الشكل (2)

    لنفترض أن هذا النظام الحراري يمثل عملية معينة داخل مصنع و يقوم العامل (الفني) بضبط درجة حرارة الزيت من خلال التحكم بالفولتية الداخلة إلى المسخن إلى أن تصل إلى درجة الحرارة المطلوبة بما يتوافق مع متطلبات العملية داخل المصنع .

    يستخدم العامل دليل مجدول يبين موقع مقبض الإدخال( الفولتية ) حسب قيم درجات الحرارة في حالة الثبوت (حالة الثبوت هي درجة الحرارة النهائية التي يصل إليها الزيت خلال فترة زمنية معينة دون أن تتغير مع الزمن بعد ذلك) . هذا الدليل الذي استخدمه العامل تم عن طريق التجربة, بحيث يتم معايرة المقبض على مواقع مختلفة تناسب عدة درجات حرارة التي تقاس بواسطة مجس حراري مثل ميزان الحرارة أو المزدوجة الحرارية . شكل (3)

الشكل (3)

    يمثل الشكل (3)النظام السابق دون استخدام جهاز لقياس درجة الحرارة (دون استخدام تغذية راجعة),في هذه الحالة يسمى بنظام تحكم مفتوح الدارة , يمكن تمثيله بالمخطط الكتلي كما في الشكل (4), بحيث يقوم العامل باستقبال درجة الحرارة المطلوبة , و باستخدام الدليل يختار موقع المقبض حسب درجة الحرارة المعطاة له .

                                                             الشكل (4)

    ولكن من المعروف أن درجة الحرارة تبتعد عن الدرجة المطلوبة نتيجة لظروف التشغيل و المحيط الخارجي للنظام, وبالتالي فان العامل لا يستطيع معرفة درجة الحرارة الحقيقية للزيت لعدم وجود جهاز لقياس درجة الحرارة , لذلك سمي بنظام مفتوح الدارة حيث أن التحكم يتم مباشرة عن طريق العامل  دون قياس مخرجات هذا النظام .لجعل درجة حرارة الزيت أكثر دقة , بحيث تصبح قريبة جداً من درجة الحرارة المطلوبة , يتم وضع ميزان حراري لقياس حرارة الزيت داخل النظام يمكن العامل من قراءة درجة حرارة الزيت الحقيقية, وبالتالي يقوم بمعايرة مقبض الفولتية حتى يصل إلى درجة الحرارة المطلوبة (بحيث يقوم برفع مقدار الفولتية إذا قلت درجة حرارة الزيت عن المطلوب و تخفيضها إذا كانت درجة الحرارة أعلى من درجة الحرارة المطلوبة ) وبالتالي يرتفع أداء العمل لوجود التغذية الراجعة من خلال مجس الحرارة , في هذه الحالة نحصل على نظام مغلق الدارة . شكل (5)

الشكل (5)

    يمكن تمثيل الشكل (5) السابق بالمخطط الكتلي التالي شكل (6) , بحيث يقوم العامل بحساب الخطأ (الفرق) بين درجة الحرارة المطلوبة و المقاسة , ثم يقوم بتعديل موقع زر التحكم بالفولتية حتى يصبح الفرق بينهما مساوياً للصفر (درجة الحرارة المطلوبة = درجة الحرارة المقاسة)

 الخطأ(الفرق) = درجة الحرارة المطلوبة- درجة الحرارة المقاسة

حيث يقوم العامل برفع قيمة الفولتية إذا كان الفرق موجباً , و تخفيضها إذا كان الفرق سالباً
 

    (لاحظ بأنه يمكن الاستغناء عن الدليل المستخدم في النظام مفتوح الدارة في هذه الحالة , ولكن من الممكن أن يستخدمه العامل كتقدير أولي لموقع مقبض التحكم بالفولتية بالنسبة لدرجة الحرارة المطلوبة).

الشكل (6)

*الخلاصة :-

    - في المثال السابق العامل هو المسيطر على العملية , وهو جزء من النظام بحيث يقوم بتحديد المطلوب من مدخلات النظام و مخرجاته .

    -الهدف من النظام الحراري السابق هو الوصول إلى درجة حرارة الزيت المطلوبة حسب ظروف التشغيل و يتم عمل ذلك من خلال استخدام جهاز قياس حرارة , بحيث يصبح الفرق (الخطأ) مساوياً للصفر .

    - في المثال السابق تم استخدام ميزان الحرارة لقياس درجة الحرارة في خزان الزيت , أو المزدوجة الحرارية التي تحول الحرارة إلى فولتية و يمكن استخدامها في أنظمة التحكم بواسطة الكمبيوتر أو الدوائر الالكترونية

    - يمكن استبدال العامل بدائرة الكترونية , أو الحاسوب أو نظام تحكم ميكانيكي للتحكم بدرجة الحرارة .

    - في نظام السيطرة الميكانيكية (نابض) لا حاجة لاستخدام المجسات , لأنه يعتمد على العلاقة بين الضغط و درجة الحرارة بحيث يمكن تصميم آلية لرفع و إنزال مقبض التحكم بالفولتية لتحقيق درجة الحرارة المطلوبة .