المحتويات
مقدمة حول منظومات الضبط وكيفية أدائها
تلعب منظومات الضبط دورًا حيويًا في مختلف جوانب حياتنا اليومية والصناعية. هي عبارة عن آليات معقدة تهدف إلى الحفاظ على استقرار الأنظمة وتحقيق الأداء المطلوب. سواء كانت في الأجهزة المنزلية أو العمليات الصناعية المعقدة، فإن فهم كيفية عمل هذه المنظومات أمر بالغ الأهمية.
ما هي منظومات الضبط؟
يمكن تعريف منظومات الضبط بأنها مجموعة متكاملة من المكونات الكهربائية والميكانيكية التي تعمل معًا لتنظيم أداء الأجهزة والآلات المختلفة. الهدف الرئيسي هو تحقيق القيمة المرجوة من مخرجات النظام، وذلك عن طريق مراقبة هذه المخرجات ومقارنتها بالمدخلات أو المخرجات المتوقعة.
تتكون منظومة الضبط عادةً من خمسة عناصر أساسية: المدخلات (Inputs)، والمخرجات (Outputs)، والمستشعرات (Sensors)، والمتحكمات (Controllers)، والمشغلات (Actuators).
كيف تعمل منظومات الضبط؟
تعمل منظومة الضبط من خلال إصدار الأوامر وتوجيه سلوك الأجهزة عن طريق إرسال إشارات كهربائية إلى المشغلات الموجودة في النظام، مثل المحركات والصمامات. تقوم المستشعرات بمراقبة أداء النظام وتسجيل القيم الفعلية للمتغيرات المختلفة.
يمكن تشغيل منظومة الضبط باستخدام الكهرباء، أو الوسائل الميكانيكية، أو ضغط السوائل (غاز أو سائل)، أو مزيج من هذه الوسائل. تعتمد المنظومة على حلقات الضبط، وهي عمليات مصممة للحفاظ على متغير معين عند نقطة محددة مسبقًا. ببساطة، يمكن اعتبار منظومة الضبط نظامًا يتحكم في أنظمة أخرى.
مثال على ذلك، في أجهزة التكييف، يقوم مستشعر الحرارة بقياس درجة الحرارة باستمرار. إذا كانت درجة الحرارة المقاسة لا تتطابق مع الدرجة التي حددها المستخدم، يرسل المستشعر إشارات كهربائية إلى المتحكم، الذي بدوره يرسل إشارة إلى المحرك (مضخة الهواء) لرفع أو خفض درجة الحرارة. تستمر العملية حتى تصل درجة الحرارة إلى المستوى المطلوب، ثم تتوقف. وتتكرر هذه العملية عند تغير درجة الحرارة مرة أخرى.
التقدم التاريخي في منظومات الضبط
ساهمت منظومات الضبط بدور كبير في تطوير التكنولوجيا الحديثة والتقدم الحضاري. نجدها في تطبيقات متنوعة مثل أجهزة التكييف في المنازل وأماكن العمل، وأنظمة التحكم في الثلاجات، وخزانات المراحيض، والمكاوي الأوتوماتيكية، والعديد من الأنظمة داخل السيارات.
تُستخدم منظومات الضبط في البيئات الصناعية لمراقبة جودة المنتجات، وفي أنظمة الأسلحة، وأنظمة النقل، وأنظمة الطاقة، والفضاء. تنطبق مبادئ نظرية التحكم على المجالات الهندسية وغير الهندسية على حد سواء.
تطورت منظومات الضبط لتشمل الأتمتة، وهناك نوعان رئيسيان: نظام التغذية الأمامية ونظام التغذية الخلفية، ولكل منهما تاريخه الخاص. تشمل الأمثلة الأخرى أنظمة التحكم في الموضع والسرعة والتسارع ودرجة الحرارة والضغط والجهد والتيار.
تصنيفات منظومات الضبط
تصنف منظومات الضبط بناءً على مبدأ التشغيل الآلي، وينتج عن ذلك نوعان رئيسيان:
منظومات الضبط ذات الدائرة المفتوحة
في الضبط الارتجاعي (Feedback control)، تُقاس المتغيرات الخاضعة للتحكم وتُقارن بقيمة مرجعية أو مستهدفة. بعد المقارنة، يُسمى الفرق بين القيمة الفعلية والقيمة المستهدفة بالخطأ (Error). يهدف هذا النظام إلى تقليل نسبة الخطأ عن طريق التلاعب بمدخلات نظام التحكم.
يتميز هذا النوع من المنظومات بالبساطة والسهولة، حيث يتكون من عمليتي إدخال وإخراج رئيسيتين، ولا يحتاج إلى التحقق مما إذا كانت المخرجات هي النتائج المطلوبة أم لا. الغسالات مثال على هذا النوع.
منظومات الضبط ذات الدائرة المغلقة
تُستخدم منظومات الضبط ذات الحلقة المغلقة (Feedforward control) للتخلص من الاضطرابات المستمرة التي لا يمكن التخلص منها بدقة باستخدام نظام التحكم الارتجاعي وحده. لذلك، غالبًا ما يُستخدم هذا النظام بالتزامن مع نظام التحكم الارتجاعي لزيادة كفاءة نظام التحكم.
السمات المميزة لمنظومات الضبط
تشترك جميع منظومات الضبط الحديثة ذات الحلقة المغلقة في خاصيتين أساسيتين:
التحكم في كمية الإنتاج
عندما تكون المنتجات ناتجة عن نظام تحكم خاضع للرقابة، يقوم المحدد المرتبط بالنظام بتغيير قيمة الكمية الخاضعة لهذه الرقابة. يستمد النظام الحاجة إلى التغيير من النظام نفسه دون تدخل خارجي، مما يعني أن لديه القدرة على التحكم في الكمية الناتجة الخاضعة للرقابة.
تقدير كمية الطاقة اللازمة
تتم عملية تزويد المحرك بالطاقة ضمن معدل محدد لإحداث تغييرات في القيمة الكلية للكمية الناتجة والخاضعة للرقابة. يتم ذلك بشكل مباشر من خلال الاختلافات بين القيمة المنتجة المطلوبة والقيمة المنتجة الفعلية للكمية الخاضعة للرقابة في النظام. ينطبق هذا على أنظمة التسخين الحراري، حيث يحدد النظام حاجة الفرن للوقود بمقارنة درجة حرارة الفرن الفعلية بدرجة الحرارة المطلوبة.
المراجع
- “Control Systems – Introduction”,tutorialspoint
- Britannica team (13/8/2013),”control system”,Britannica
- “HVAC Control Systems and Building Automation System”,electrical-knowhow.
- Electrical 4U team (27/12/2020),”Control Systems: What Are They? (Open-Loop & Closed-Loop Control System Examples)”,Electrical 4U
- “control system”,britannica
- “Feedback Control”,eng.libretexts
- “Feedforward Control”,apmonitor
