منوی دسته بندی

هیچ محصولی در سبد خرید نیست.

پیاده‌سازی کنترلر PID در نرم‌افزار کامسول

پوستر دوره آموزش پیاده سازی کنترلر PID در کامسول

این نوشته به موضوع مدلسازی کنترل‌کننده (Controller) PID در نرم‌افزار کامسول (COMSOL) می‌پردازد و در آن علاوه بر بررسی مبانی مهم آن، اهمیت این کنترل‌کننده در صنعت و کاربردهای آن و روش‌های مختلف پیاده‌سازی آن در کامسول اشاره می‌شود. این مبحث مختص رشته خاصی نیست چراکه از این کنترل‌کننده در انواع مدلسازی‌ها از رشته مهندسی برق گرفته تا مهندسی مکانیک، مهندسی شیمی و … استفاده می‌شود. همچنین در این آموزش سعی شده است همه مفاهیم از پایه توضیح داده شود تا احتیاجی به پیش‌نیاز برای یادگیری آن نباشد.

کاربردهای کنترل‌کننده‌ها

اگر در گرمای تابستان یا سرمای زمستان از نعمت کولر گازی برخوردار باشید حتماً می‌دانید که براحتی با تعیین دمای ایده‌آل توسط ریموت کنترل کولر، می‌توانید دمای اتاق را روی هر دمای دلخواهی تنظیم کنید. مهم نیست که دما چقدر گرم یا چقدر سرد باشد. با استفاده از این آپشن شما می‌توانید دمای آسایش را در اتاق فراهم کنید و مطمئن هستید اگر در یا پنجره‌ای باز شود و سرما به داخل اتاق نفوذ کند، کولر گازی مجدداً دمای اتاق را به حالت مطلوب برمی‌گرداند. تمامی این فرایند به لطف یک کنترل‌کننده اتفاق می‌افتد.

به عنوان مثالی دیگر فرض کنید در حال سفر با خودروی خود هستید. اگر اتومبیل شما از سیستم کروز کنترل برخوردار باشد متوجه خواهید شد که تا چه اندازه سفر برای شما لذت بخش خواهد شد و هنگام رسیدن به مقصد کمتر احساس خستگی خواهید کرد چرا که این خودروی شما بوده است که بخش زیادی از کار رانندگی را انجام داده است. این آسایش و راحتی نیز حاصل نشده است مگر با استفاده از کنترل‌کننده‌ها.

این‌ها بخشی از کاربردهای کنترل‌کننده‌ها بودند که بسیاری از ما در زندگی روزمره خود از آن استفاده می‌کنیم و اهمیت آن‌ها در راحت شدن زندگی را احساس کرده‌ایم.

علاوه بر کاربردهای آن در زندگی روزمره، از کنترل‌کننده‌ها در صنایع مختلف نیز استفاده می‌شود. بطور مثال در بسیاری از صنایع شیمیایی که نیاز است دو ماده مختلف با هم ترکیب شوند و حاصل آن ترکیب باید خاصیت مورد نظر را داشته باشد. اگر بتوان آن خاصیت را اندازه‌گیری کرد و همچنین اگر بتوان کنترلی روی غلظت ترکیب‌شونده‌ها داشت می‌توان با استفاده از یک کنترل‌کننده به غلظت‌های مطلوب از آن‌ها دست یافت.

کنترل‌کننده PID

کنترل‌کننده‌ی PID به دلیل سهولت در تنظیمات و امکان در نظرگرفتن شرایط مختلف در آن، به یکی از محبو‌ترین کنترل‌کننده‌ها در صنایع مختلف تبدیل شده است. این کنترل‌کننده‌ در واقع از سه ترم ریاضی تشکیل شده است که مبنای کار آن بر اساس بازخورد (feedback) است. بدین معنی که اپراتور یک مقدار را به عنوان مقدار هدف برای یک خروجی سیستم انتخاب می‌کند. کنترل‌کننده‌ی PID در هر لحظه مقدار اختلاف آن متغیر در آن لحظه را با مقدار هدف آن محاسبه می‌کند و هربار سعی می‌کند این اختلاف را کاهش دهد تا به مقدار صفر برسد.

در شکل بالا به وضوح مشخص است که کنترل‌کننده‌ی PID از سه ترم Proportional، Derivative و Integral تشکیل شده است و هر کدام از این ترم‌ها مربوط به حذف خطا در زمان‌های مختلف می‌شوند. ترم Proportional مربوط به حذف خطای کنونی است. ترم Integral مربوط به حذف خطای دائم یا Steady State می‌شود که مربوط به تجمیع خطای گذشته تا به‌حال می‌شود. در نهایت ترم Derivative مسئول پیش‌بینی میزان خطا در آینده است که به نوعی باعث جلوگیری از Overshoot می‌شود. تمامی این مباحث به همراه اصطلاحات ضروری دیگر در این زمینه به تفضیل در این دوره آموزشی بیان شده است.

پیاده‌سازی کنترلر PID در نرم‌افزار کامسول

در نرم‌افزار کامسول به سه روش مختلف می‌توان کنترل‌کننده PID را به مدل اضافه کرد.

استفاده از Global ODE

این روش قدیمی‌ترین شیوه اعمال کنترلر PID در نرم‌افزار کامسول است که با استفاده از آن، معادلات مربوط به ترم ورودی کنترلر را بصورت دستی در بخش معادلات نوشته و به نحوی آن را به ورودی مدل مرتبط می‌سازیم. این معادلات حکم یک فیزیک جداگانه را دارند که بطور همزمان با مدل اصلی در حال اعمال تغییرات بر خروجی مسأله می‌باشد. این روش سخت‌ترین و در عین حال حرفه‌ای ترین روش برای اعمال کنترلر PID در نرم‌افزار کامسول است چرا که دست طراح برای افزودن هرگونه ترم دلخواه به معادلات باز می‌باشد.

استفاده از PID Add-in

این ویژگی از نسخه 5.5 به نرم‌افزار کامسول اضافه شده است و کار پیاده‌سازی کنترلر PID در نرم‌افزار کامسول را بسیار راحت کرده است. در این حالت یک رابط گرافیکی وجود دارد که کاربر فقط می‌بایست ورودی‌های کنترلر PID مد نظر خود را در آن وارد کند. بعد از تأیید ورودی‌ها کامسول یک فیزیک ODE به مانند روش قبل ایجاد می‌کند و دیگر نیازی به وارد کردن معادلات توسط کاربر نیست و ورودی‌های آن فیزیک، توسط خود نرم‌افزار و طبق مشخصاتی که کاربر در PID Add-in وارد نموده است، تعیین می‌شود.

استفاده از Livelink for Simulink

این گزینه نیز همچون ویژگی قبل یک امکان جدید محسوب می‌شود که از نسخه 5.6 به نرم‌افزار اضافه شده است. زمان زیادی است که امکان اتصال نرم‌افزارهای کامسول و متلب وجود دارد که در سایت ما نیز آموزش لینک نرم‌افزار کامسول و نرم‌افزار متلب وجود دارد. اما لینک کامسول با بخش سیمولینک نرم‌افزار متلب ویژگی‌ای است که به تازگی به کامسول اضافه شده است و با استفاده از کارهای پیچیده‌ای را براحتی می‌توان انجام داد.

Comsol Projects

به منظور انجام پروژه کامسول

ضبط آموزش اختصاصی برای فراگیر

پشتیبانی کامل از آموزش

علی داودالحسینی وب‌سایت

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *