يهتم الكثير من الاشخاص من هم يهتمون بعلم التكنولوجيا الحديث وتطورها بالتساؤل عن مفهوم أنظمة التحكم وكذلك آلية عملها ومكونتها، ومن ثم نبرز الإجابة بصورة مفصلة من خلال موقع مجلة برونزية، مع توضيح كيف تطورت أنظمة التحكم، وكذلك ما هي أنواعها وما هي الخصائص التي تتميز بها، فتابعوا الفقرات التالية:
محتويات المقال
تعريف أنظمة التحكم وآلية عملها
يمكن تعريف أنظمة التحكم وآلية عملها بالآتي:
أنظمة التحكم
هي عبارة عن مجموعة من الأنظمة الكهربائية والميكانيكية، التي تساعد على تنظيم عمل الأجهزة الأخرى.
كما تقوم بالوصول للقيمة المطلوبة عبر مخرجات النظام الأساسية( باللغة الإنجليزية Actual output).
وتتكون أنظمة التحكم بصورة أساسية من خمس مكونات أساسية، وهي المدخلات ’المخرجات ’المتحكمات’ المحركات’ المستشعرات.
آلية عمل أنظمة التحكم
تتمثل أهمية نظام التحكم بتنظيم عمل الأجهزة من خلال إصدار الأوامر او توجيه سلوكياتها عن طريق إرسال الإشارات الكهربائية إلى المحركات المتواجدة في النظام، ويسمى ذلك باللغة الإنجليزية( actuators) مثل المواتير والصمامات وغيرها.
ومن خلال طريقة المستشعرات المتواجدة في النظام وهي( transducer)، تتم مراقبة وصول النظام الي القيم المرغوبة والموضوعة.
ومن الممكن تشغيل نظام التحكم من خلال حلقات التحكم، وهي عملية مصممة للحفاظ على متغير العملية عند نقطة التحديد المطلوبة، وذلك بمعني انه يمكن تبسيط تعريف نظام التحكم بانه يتحكم في الأنظمة الأخرى.
وعلى سبيل المثال لأنظمة التحكم الموجودة في التكييف، فيقوم مستشعر الحرارة بقياس درجة الحرارة بصورة مستمرة.
وإذا كانت الحرارة التي تم قياسها لا تتطابق درجة الحرارة التي حددت من قبل المستخدم، فإن المستشعر يستمر بأرسال إشارات كهربائية للمتحكم.
حيث يقوم بدورة بإرسال إشارة كهربائية للمحرك، وبهذه الحالة يكون مضخة للهواء للاستمرار لرفع او خفض درجة الحرارة.
ويستمر المستشعر بقياس درجات الحرارة، حتى يصل الهواء لدرجة الحرارة المناسبة وعند الوصول لذلك فتتوقف العملية، ومن ثم تعاد عند تغيرها من جديد.
أنواع أنظمة التحكم
في سياق الإجابة عن تعريف أنظمة التحكم وآلية عملها، فسوف نجيب كذلك من خلال هذه الفقرة عن أنواع أنظمة التحكم، فطورت أنظمة التحكم بناء على مبدا التشغيل الآلي او نظام التلقنة، وعلى هذا الأساس فهناك نوعان رئيسيان لأنظمة التحكم وهما على النحو التالي:
أنظمة التحكم ذات العقد المفتوحة
التحكم الارتجاعي باللغة الإنجليزية feedback control، وتقاس المتغيرات التي يتحكم بها وتقارن كذلك مع قيمة مرجعية أو مستهدفة.
وبعد المقارنة فالاختلاف بين القيمة الفعلية التي توضحت والقيمة المستهدفة تسمى بالخطأ (error)، ومن ثم من خلال استخدام هذا النظام فمن المتوقع أن تقل نسبة الخطأ عن طريق التلاعب بالمدخلات في نظام التحكم.
ويعرف هذا النوع من أنظمة التحكم بالسهولة والبساطة، حيث انها تتكون من عمليتين رئيسيتين وهما الادخال والإخراج.
وتجدر الإشارة ان هذا النظام لا يحتاج لحساب إذا ما كان المخرج هو النتيجة المطلوبة ام لا، وخير مثال على هذا النظام هي الغسالات.
أنظمة التحكم ذات العقدة المغلقة
فتستخدم أنظمة التحكم ذات العقد المغلفة feedforward، وذلك بهدف التخلص من الاضطرابات الدائمة التي لا يمكن التخلص منها بطريقة دقيقة من خلال نظام التحكم الارتجاعي فقط.
ومن ثم فان هذا النظام في المعتاد ما يستخدم بالتزامن مع نظام التحكم الارتجاعي وليس وحدة، فذلك ما يزيد من كفاءة نظام التحكم.
تطور أنظمة التحكم
من الجدير بالذكر ان أنظمة التحكم لعبت دور رئيسي في تطوير التكنولوجيا الحديثة والحضارة وتقدمها، فعلى سبيل المثال المكيفات في أماكن العمل والمنازل ونظام التحكم في الحياه اليومية.
وذلك مثل الثلاجة وخزان مرحاض الحمام والمكواة الاتوماتيكية والعديد من العمليات بداخل السيارات.
كما ان أنظمة التحكم تظهر في البيئات الصناعية في مراقبة جودة المنتجات، وأنظمة الأسلحة وكذلك أنظمة انقل وأنظمة الطاقة والفضاء.
وأيضا مبادى نظرية التحكم تنطبق على كل من المجالات الهندسية وغير الهندسية، فيمكن القول ان نظام التحكم طور لكي يصبح نظام الاتمته.
ويوجد نوعان رئيسيان من أنظمة التحكم وهما، نظرية التغذية إلى الامام ونظام ردود الفعل ولكل منها أصوله التاريخية.
كما يعتبر النظام المستخدم للتحكم في الموضع والسرعة والتسارع ودرجة الحرارة والضغط والتيار والجهد.
خصائص أنظمة التحكم
تشترك كافة أنظمة التحكم الحديثة الحلقة المغلقة او آلية الموازنة في خاصيتين أساسيتين، وهما كالآتي:
تحديد كمية الطاقة اللازمة للمنتجات
فتتم عملة تغذية المحرك بداخل النظام من خلال الطاقة، من ضمن معدل تغذية محدد لأحداث هذه التغيرات بالقيمة الكلية للكمية الناتجة والخاضعة للرقابة.
وذلك يتم بصورة مناسبة عن طريق بعض الاختلافات بين القيمة المنتجة المطلوبة وذلك مقارنة بالقيمة المنتجة الفعلية للكمية التي تخضع للرقابة في النظام.
وهذا ما ينطبق كذلك على نظام التسخين الحراري، حيث ان النظام يحدد حاجة الفرد للإمداد بالوقود، مقارنة بدرجة حرارة الفرن الفعلية بدرجة الحرارة المتطلبة.
قدرة نظام التحكم في التحكم بكميات المنتجات
فعندما تكون المنتجات الناتجة عن نظام التحكم الخاضع للرقابة، فمن ثم فإن المحدد المرتبط بالنظام يقوم على تغيير قيمة الكمية الخاضعة لهذه الرقابة.
ومن ثم يستمد هذا النظام الحاجة للتغيير من النظام نفسه ذاتيا بدون تدخل خارجي، وذلك يعني ان هذا النظام يملك القدرة الكافية للتحكم بالكمية الناتجة التي تخضع للرقابة.
