پِڈ کنٹرولرز: کام کرنے ، ساخت اور ٹننگ کے طریقے

پی آئی ڈی کنٹرولر کی وضاحت کرنے سے پہلے آئیے کنٹرول سسٹم کے بارے میں نظر ثانی کریں۔ نظام کی دو اقسام ہیں۔ اوپن لوپ سسٹم اور قریبی لوپ سسٹم۔ اوپن لوپ سسٹم کو ایک بے قابو نظام کے نام سے بھی جانا جاتا ہے اور قریبی لوپ سسٹم کو کنٹرول سسٹم کے نام سے جانا جاتا ہے. اوپن لوپ سسٹم میں ، آؤٹ پٹ کو کنٹرول نہیں کیا جاتا ہے کیونکہ اس سسٹم کی کوئی رائے نہیں ہے اور قریب قریب لوپ سسٹم میں ، آؤٹ پٹ کو کنٹرولر کی مدد سے کنٹرول کیا جاتا ہے اور اس سسٹم میں ایک یا زیادہ رائے راہوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ اوپن لوپ سسٹم بہت آسان ہے لیکن صنعتی کنٹرول ایپلی کیشنز میں مفید نہیں ہے کیونکہ یہ سسٹم بے قابو ہے۔ بند لوپ سسٹم پیچیدہ ہے لیکن صنعتی استعمال کے لئے سب سے زیادہ مفید ہے ، کیونکہ اس سسٹم میں آؤٹ پٹ مطلوبہ قیمت پر مستحکم ہوسکتا ہے ، پی آئی ڈی کلوزڈ لوپ سسٹم کی ایک مثال ہے ۔ اس سسٹم کا بلاک ڈایاگرام جیسا کہ ذیل میں دیا گیا ہے۔

قریبی لوپ سسٹم کو فیڈ بیک کنٹرول سسٹم کے نام سے بھی جانا جاتا ہے اور اس قسم کا سسٹم مطلوبہ آؤٹ پٹ یا ریفرنس میں خود بخود مستحکم سسٹم ڈیزائن کرنے کے لئے استعمال ہوتا ہے۔ اس وجہ سے ، یہ ایک غلطی کا اشارہ پیدا کرتا ہے۔ خرابی کا اشارہ ای (t) آؤٹ پٹ y (t) اور حوالہ سگنل u (t) کے مابین ایک فرق ہے ۔ جب یہ غلطی صفر ہے اس کا مطلب ہے کہ مطلوبہ آؤٹ پٹ حاصل ہوجاتا ہے اور اس حالت میں آؤٹ پٹ ریفرنس سگنل کی طرح ہوتا ہے۔

مثال کے طور پر ، ایک ڈرائر کئی بار چل رہا ہے ، جو پہلے سے مقرر شدہ قدر ہے۔ جب ڈرائر کو آن کیا جاتا ہے ، تو ٹائمر شروع ہوتا ہے اور یہ ٹائمر ختم ہونے تک چلتا ہے اور آؤٹ پٹ (خشک کپڑا) دیتا ہے۔ یہ ایک کھلا اوپن لوپ سسٹم ہے ، جہاں آؤٹ پٹ کو کنٹرول کرنے کی ضرورت نہیں ہے اور تاثرات کی ضرورت نہیں ہے۔ اگر اس سسٹم میں ، ہم نے نمی کا ایک سینسر استعمال کیا جو تاثرات کا راستہ مہیا کرتا ہے اور اس کا موازنہ سیٹ پوائنٹ سے کرتے ہیں اور غلطی پیدا کرتے ہیں۔ ڈرائر چلتا ہے جب تک کہ یہ غلطی صفر نہ ہو۔ اس کا مطلب ہے جب کپڑے کی نمی سیٹ پوائنٹ کی طرح ہوتی ہے تو ، ڈرائر کام کرنا بند کردے گا۔ میں کھلی لوپ نظام ، ڈرائر خشک یا گیلے ہیں قطع کے کپڑے کے مقررہ وقت کے لئے چلایا جائے گا. لیکن قریب لوپ سسٹم میں ، ڈرائر مقررہ وقت تک نہیں چلے گا ، یہ اس وقت تک چلے گا جب تک کپڑے خشک نہ ہوں۔ قریبی لوپ سسٹم اور کنٹرولر کے استعمال کا یہ فائدہ ہے۔

پی آئی ڈی کنٹرولر اور اس کا کام:

تو پی آئی ڈی کنٹرولر کیا ہے؟ پی آئی ڈی کنٹرولر صنعتی طور پر قبول کیا جاتا ہے اور صنعتی استعمال میں عام طور پر استعمال کیا جاتا کنٹرولر ہے کیونکہ پی آئی ڈی کنٹرولر آسان ہے ، اچھا استحکام اور تیز رفتار رسپانس مہیا کرتا ہے۔ PID متناسب ، لازمی ، مشتق ہے ۔ ہر ایک درخواست میں ، ان تینوں افعال کے گتانک مختلف تر ہوتے ہیں تاکہ بہتر ردعمل اور کنٹرول حاصل کیا جاسکے۔ کنٹرولر ان پٹ ایرر سگنل ہے اور پلانٹ / عمل کو آؤٹ پٹ دیا جاتا ہے۔ کنٹرولر کا آؤٹ پٹ سگنل تیار ہوتا ہے ، اس طرح سے ، پلانٹ کی پیداوار مطلوبہ قیمت کو حاصل کرنے کی کوشش کی جاتی ہے۔

پی آئی ڈی کنٹرولر ایک قریبی لوپ سسٹم ہے جس میں فیڈ بیک کنٹرول سسٹم موجود ہے اور یہ پروسیس متغیر (آراء متغیر) کو سیٹ پوائنٹ کے ساتھ موازنہ کرتا ہے اور ایک خامی سگنل پیدا کرتا ہے اور اس کے مطابق یہ سسٹم کی پیداوار کو ایڈجسٹ کرتا ہے۔ یہ عمل اس وقت تک جاری رہتا ہے جب تک یہ غلطی زیرو پر نہ آجائے یا عمل متغیر قیمت سیٹ پوائنٹ کے برابر ہوجائے۔

PID کنٹرولر آن / آف کنٹرولر سے بہتر نتائج دیتا ہے ۔ آن / آف کنٹرولر میں ، سسٹم کو کنٹرول کرنے کے لئے صرف دو ریاستیں ہی دستیاب ہیں۔ یہ یا تو آن یا آف ہوسکتی ہے۔ یہ اس وقت جاری رہے گا جب عمل کی قیمت مقررہ نقطہ سے کم ہو اور جب عمل کی قیمت مقررہ نقطہ سے زیادہ ہو گی تو یہ آف ہوجائے گی۔ اس کنٹرولر میں ، آؤٹ پٹ کبھی مستحکم نہیں ہوسکتی ہے ، یہ ہمیشہ سیٹ پوائنٹ کے آس پاس ہی رہ جاتا ہے۔ لیکن PID کنٹرولر زیادہ مستحکم ہے اور عین مطابق موازنہ آن / آف کنٹرولر کے ساتھ۔

پی آئی ڈی کنٹرولر تین شرائط کا مجموعہ ہے۔ متناسب ، انضمام اور مشتق ۔ آئیے ان تینوں شرائط کو فردا. فردا understand سمجھیں۔

کنٹرول کے پی آئی ڈی طریقوں:

متناسب (P) جواب:

اصطلاح 'P' غلطی کی اصل قدر کے متناسب ہے۔ اگر خرابی بڑی ہے تو ، کنٹرول آؤٹ پٹ بھی بڑی ہے اور اگر غلطی چھوٹی ہے تو کنٹرول آؤٹ پٹ بھی چھوٹا ہے ، لیکن فائین فیکٹر (کے _پی) ہے

اکاؤنٹ میں لینے میں بھی۔ رسپانس کی رفتار بھی متناسب فائدہ عنصر (K _p) سے براہ راست متناسب ہے ۔ لہذا ، جوابات کی رفتار K _{P کی} قیمت میں اضافہ کرکے بڑھا دی گئی ہے لیکن اگر K _p معمول کی حد سے آگے بڑھا دیا گیا ہے تو ، عمل متغیر اعلی شرح پر چلنے لگتا ہے اور نظام کو غیر مستحکم بنا دیتا ہے۔

y (t) ∝ e (t) y (t) = k _i * e (t)

یہاں ، نتیجے میں ہونے والی غلطی کو تناسب سے فائدہ اٹھانے والے عنصر (متناسب مستقل) کے ساتھ ضرب دی جاتی ہے جیسا کہ اوپر کی مساوات میں دکھایا گیا ہے۔ اگر اس وقت صرف پی کنٹرولر ہی استعمال کیا جاتا ہے تو ، اس کو دستی ری سیٹ کی ضرورت ہوتی ہے کیونکہ اس میں مستقل حالت کی غلطی (آفسیٹ) برقرار رہتی ہے۔

انضمام (I) جواب:

مستحکم حالت کی غلطی کو کم کرنے کے لئے عام طور پر انٹیگرل کنٹرولر استعمال ہوتا ہے۔ اصطلاح 'میں' غلطی کی اصل قیمت سے (وقت کے احترام کے ساتھ) ضم ہے ۔ انضمام کی وجہ سے ، غلطی کی بہت چھوٹی قیمت ، نتیجہ بہت اعلی انضمام کا نتیجہ ہے۔ جب تک غلطی صفر نہ ہوجائے تو انٹیگرل کنٹرولر ایکشن تبدیل ہوتا رہتا ہے۔

y (t) ∝ ∫ e (t) y (t) = k _i ∫ e (t)

انضمام حاصل کرنا ردعمل کی رفتار کے متناسب متناسب ہے ، K _میں اضافہ ، ردعمل کی رفتار کو کم کرنا۔ متناسب اور انٹیگرل کنٹرولرز مشترکہ (PI کنٹرولر) ردعمل کی اچھی رفتار اور مستحکم ریاست کے ردعمل کے لئے استعمال کیے جاتے ہیں۔

مشتق (D) جواب:

مشتق کنٹرولر PD یا PID کے امتزاج کے ساتھ مستعمل ہے۔ اس نے کبھی بھی تنہا استعمال نہیں کیا ، کیونکہ اگر غلطی مستقل (غیر صفر) ہے تو ، کنٹرولر کا آؤٹ پٹ صفر ہوگا۔ اس صورتحال میں ، کنٹرولر زندگی صفر کی غلطی سے برتاؤ کرتا ہے ، لیکن حقیقت میں کچھ غلطی (مستقل) ہوتی ہے۔ ماخوذ کنٹرولر کا آؤٹ پٹ مساوات میں دکھایا گیا وقت کے حوالے سے غلطی کی تبدیلی کی شرح سے براہ راست متناسب ہے۔ تناسب کی علامت کو ختم کرنے سے ، ہم اخذ کردہ مستقل حصول حاصل کرتے ہیں (k _d) عام طور پر ، مشتق کنٹرولر کا استعمال اس وقت کیا جاتا ہے جب پروسیسر متغیر اسکیٹنگ شروع کردے یا رفتار کی بہت زیادہ شرح سے تبدیل ہوجائے۔ ڈی کنٹرولر غلطی وکر کے ذریعہ غلطی کے مستقبل کے رویے کی توقع کے لئے بھی استعمال ہوتا ہے۔ ریاضی کی مساوات کو ذیل میں دکھایا گیا ہے۔

y (t) ∝ de (t) / dt y (t) = K _d * de (t) / dt

تناسب اور انضمام کنٹرولر:

یہ P اور I کنٹرولر کا ایک مجموعہ ہے۔ کنٹرولر کا آؤٹ پٹ دونوں (متناسب اور لازمی) جوابات کا خلاصہ ہے۔ ریاضی کی مساوات کو ذیل میں دکھایا گیا ہے۔

y (t) ∝ (e (t) + ∫ e (t) dt) y (t) = k _p * e (t) + k _i ∫ e (t) dt

متناسب اور مشتق کنٹرولر: یہ P اور D کنٹرولر کا ایک امتزاج ہے۔ کنٹرولر کا آؤٹ پٹ متناسب اور مشتق ردعمل کا خلاصہ ہے۔ PD کنٹرولر کا ریاضی کی مساوات ذیل میں دکھایا گیا ہے۔

y (t) ∝ (e (t) + de (t) / dt) y (t) = k _p * e (t) + k _d * de (t) / dt

تناسب ، انضمام اور مشتق کنٹرولر: یہ P ، I اور D کنٹرولر کا ایک امتزاج ہے۔ کنٹرولر کا آؤٹ پٹ متناسب ، لازمی اور مشتق ردعمل کا خلاصہ ہے۔ PD کنٹرولر کا ریاضی کی مساوات ذیل میں دکھایا گیا ہے۔

y (t) ∝ (e (t) + ∫ e (t) dt + de (t) / dt) y (t) = k _p * e (t) + k _i ∫ e (t) dt + k _d * ڈی (ٹی) / تاریخ

لہذا ، اس متناسب ، لازمی اور مشتق کنٹرول ردعمل کو جوڑ کر ، PID کنٹرولر تشکیل دیں ۔

پی آئی ڈی کنٹرولر کے لئے ٹننگ کے طریقے:

مطلوبہ آؤٹ پٹ کے ل this ، اس کنٹرولر کو مناسب طور پر ٹیون کرنا چاہئے۔ پی آئی ڈی ترتیب کے ذریعہ پی آئی ڈی کنٹرولر سے مثالی جواب حاصل کرنے کے عمل کو ٹننگ آف کنٹرولر کہا جاتا ہے ۔ پی آئی ڈی ترتیب کا مطلب ہے کہ متناسب (کے _پی) ، ماخوذ (کے _ڈی) اور انٹیگریٹ (کے _i) جواب کی حاصل کی زیادہ سے زیادہ قیمت طے کریں ۔ پریشانی مسترد کرنے کے لئے پی آئی ڈی کنٹرولر کا اہتمام کیا گیا ہے کسی مقررہ پوائنٹ اور کمانڈ ٹریکنگ پر رہنا ، یعنی اگر سیٹ پوائنٹ تبدیل ہوتا ہے تو ، کنٹرولر کا آؤٹ پٹ نئی سیٹ پوائنٹ پر عمل کرے گا۔ اگر کنٹرولر کو صحیح طریقے سے ٹیون کیا گیا ہے تو ، کنٹرولر کی آؤٹ پٹ متغیر سیٹ پوائنٹ کی پیروی کرے گی ، جس میں کم گھاٹ اور کم damping ہے۔

پی آئی ڈی کنٹرولر کو ٹیون کرنے اور مطلوبہ رسپانس حاصل کرنے کے بہت سارے طریقے ہیں ۔ ٹیوننگ کنٹرولر کے طریقے ذیل میں ہیں۔

1. آزمائشی اور غلطی کا طریقہ
2. عمل ردعمل وکر تکنیک
3. زیگلر - نکولس کا طریقہ
4. ریلے کا طریقہ
5. سافٹ ویئر استعمال کرنا

1. آزمائشی اور غلطی کا طریقہ:

آزمائشی اور غلطی کا طریقہ دستی سرنگ کے طریقہ کار کے نام سے بھی جانا جاتا ہے اور یہ طریقہ آسان طریقہ ہے۔ اس طریقہ کار میں ، سب سے پہلے کے پی کے کی قیمت میں اضافہ کریں یہاں تک کہ سسٹم دوچند جواب تک پہنچ جاتا ہے لیکن سسٹم کو غیر مستحکم نہیں ہونا چاہئے اور کے ڈی اور کی صفر کی قدر نہیں رکھنا چاہئے۔ اس کے بعد ، کی کی قیمت کو اس طرح سے طے کریں کہ ، نظام کا دوپٹہ رک جاتا ہے۔ اس کے بعد تیز رفتار ردعمل کے لئے کے ڈی کی قیمت مقرر کریں۔

2. عمل رد عمل وکر تکنیک:

اس طریقہ کو کوہون کوون کے طریقہ کار کے نام سے بھی جانا جاتا ہے۔ اس طریقہ کار میں کسی پریشانی کے جواب میں پہلے عمل کے رد عمل کا منحنی خطوط پیدا کریں۔ اس منحنی خطوط کے ذریعہ ہم کنٹرولر فائدہ ، لازمی وقت اور مشتق وقت کی قیمت کا حساب لگاسکتے ہیں۔ اس وکر کی شناخت عمل کے اوپن لوپ سٹیپ ٹیسٹ میں دستی طور پر انجام دے کر کی گئی ہے۔ ماڈل پیرامیٹر ابتدائی مرحلے کی فیصد تکلیف کے ذریعہ ڈھونڈ سکتا ہے۔ اس منحنی خطوط سے ہمیں ڈھال ، آخری وقت اور وکر کا عروج کا وقت تلاش کرنا ہے جو کے پی ، کی اور کے ڈی کی قدر کے سوا کچھ نہیں ہے۔

3. زیگلر - نکولس طریقہ:

اس طریقہ کار میں پہلے کی اور کے ڈی صفر کی قدر بھی طے کریں۔ متناسب فائدہ (کے پی) میں اضافہ ہوتا ہے جب تک کہ یہ حتمی فائدہ (کو) تک نہ پہنچ جائے۔ حتمی فائدہ کچھ نہیں لیکن یہ ایک ایسا فائدہ ہے جس پر لوپ کی پیداوار آکسیلیٹس میں آنا شروع ہوجاتی ہے۔ یہ KU اور دوئم کی مدت ٹو نیچے دیئے گئے جدول سے PID کنٹرولر حاصل کرنے کے لئے استعمال ہوتا ہے۔

کنٹرولر کی قسم	کے پی	k i	کے ڈی
پی	0.5 ک یو
PI	0.45 ک یو	0.54 ک یو / ٹی یو
پی آئی ڈی	0.60 ک یو	1.2 ک یو / ٹی یو	3 ک یو ٹی U / 40

4. ریلے کا طریقہ:

یہ طریقہ Astrom-Huglund طریقہ کے نام سے بھی جانا جاتا ہے۔ یہاں آؤٹ پٹ کو کنٹرول متغیر کی دو اقدار کے مابین تبدیل کیا جاتا ہے لیکن ان اقدار کو اس طرح منتخب کیا جاتا ہے کہ عمل کو نقطہ نظر کو عبور کرنا ہوگا۔ جب عمل متغیر سیٹ پوائنٹ سے کم ہوتا ہے تو ، کنٹرول آؤٹ پٹ اعلی قیمت پر سیٹ ہوجاتا ہے۔ جب عمل کی قیمت سیٹ پوائنٹ سے زیادہ ہوتی ہے تو ، کنٹرول آؤٹ پٹ کو نچلے قدر پر سیٹ کیا جاتا ہے اور آؤٹ پٹ ویوفارم تشکیل دیا جاتا ہے۔ اس دو طرفہ طول موج کی مدت اور طول و عرض کی پیمائش کی جاتی ہے اور حتمی فائدہ کو اور مدت ٹو کا تعی determineن کرنے کے لئے استعمال کیا جاتا ہے جو اوپر والے طریقہ کار میں استعمال ہوتا ہے۔

5. سافٹ ویئر کا استعمال:

پی آئی ڈی ٹیوننگ اور لوپ کی اصلاح کے ل software ، سوفٹویئر پیکیج دستیاب ہیں۔ یہ سوفٹویئر پیکیج ڈیٹا اکٹھا کرتے ہیں اور نظام کا ریاضیاتی ماڈل بناتے ہیں۔ اس ماڈل کے ذریعہ ، سافٹ ویئر کو حوالوں کی تبدیلیوں سے ایک بہتر ٹوننگ پیرامیٹر مل جاتا ہے۔

پی آئی ڈی کنٹرولر کی ساخت:

پی آئی ڈی کنٹرولرز مائکرو پروسیسر ٹکنالوجی کی بنیاد پر ڈیزائن کیے گئے ہیں۔ مختلف تیار مختلف PID ڈھانچے اور مساوات کا استعمال کرتے ہیں۔ عام طور پر استعمال شدہ PID مساوات ہیں۔ متوازی ، مثالی اور سیریز PID مساوات ۔

میں متوازی PID مساوات ،، متناسب اٹوٹ اور استخراجی اعمال ان تین اعمال کا ایک دوسرے کے اور یکجا اثر کے ساتھ علیحدہ علیحدہ کام کر رہے ہیں کے نظام میں ایکٹ ہیں. اس طرح کے PID کا بلاک ڈایاگرام جیسا کہ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔

میں مثالی PID مساوات ، فائدہ مسلسل K _P تمام اصطلاح میں تقسیم کیا جاتا ہے. تو ، k _p میں بدلاؤ مساوات میں موجود دیگر تمام شرائط کو متاثر کرتی ہے۔

میں سلسلہ PID مساوات ، فائدہ مسلسل K _P مثالی PID مساوات کے طور پر ایک ہی تمام شرائط سے تقسیم کیا ہے، لیکن اس مساوات لازمی اور استخراجی مسلسل میں متناسب کارروائی پر اثر انداز ہو.

پی آئی ڈی کنٹرولر کی درخواستیں:

درجہ حرارت کنٹرول:

آئیے کسی بھی پلانٹ / عمل کے AC (ائر کنڈیشنر) کی مثال لیں۔ درجہ حرارت درجہ حرارت (20 ͦ C) ہے اور سینسر کے ذریعہ موجودہ پیمائش شدہ درجہ حرارت 28 ͦ C ہے۔ ہمارا مقصد مطلوبہ درجہ حرارت (20 ͦ C) پر AC چلانا ہے۔ اب ، AC کا کنٹرولر ، غلطی (8 ͦ C) کے مطابق سگنل تیار کریں اور یہ سگنل AC کو دیا گیا ہے۔ اس سگنل کے مطابق ، AC کی پیداوار میں تبدیلی آ جاتی ہے اور درجہ حرارت میں 25 to C تک کمی واقع ہوتی ہے جب تک کہ درجہ حرارت سینسر مطلوبہ درجہ حرارت کی پیمائش نہیں کرتا ہے۔ جب غلطی صفر ہے تو ، کنٹرولر AC کو اسٹاپ کمانڈ دے گا اور دوبارہ درجہ حرارت کچھ خاص قیمت تک بڑھ جائے گا اور دوبارہ غلطی پیدا ہوگی اور اسی عمل کو مسلسل دہرایا جائے گا۔

شمسی پی وی کے لئے ایم پی پی ٹی (زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ ٹریکنگ) چارج کنٹرولر کی ڈیزائننگ:

ایک پی وی سیل کی IV خصوصیات درجہ حرارت اور شعاع ریزی کی سطح پر منحصر ہے۔ لہذا ، آپریٹنگ وولٹیج اور موجودہ ماحولیاتی حالات میں تبدیلی کے سلسلے میں مستقل طور پر تبدیل ہوجائے گی۔ لہذا ، موثر پی وی سسٹم کے لئے زیادہ سے زیادہ پاور پوائنٹ کو ٹریک کرنا بہت ضروری ہے۔ ایم پی پی ٹی کو تلاش کرنے کے لئے ، پی آئی ڈی کنٹرولر استعمال کیا جاتا ہے اور اس کے لئے کنٹرولر کو موجودہ اور وولٹیج سیٹ پوائنٹ دیا جاتا ہے۔ اگر ماحول کی صورتحال بدلے گی ، تو یہ ٹریکر وولٹیج اور موجودہ مستحکم رہتا ہے۔

پاور الیکٹرانکس کنورٹر:

پی آئی ڈی کنٹرولر کنورٹرز کی طرح پاور الیکٹرانکس ایپلی کیشن میں سب سے زیادہ مفید ہے۔ اگر کنورٹر سسٹم کے ساتھ منسلک ہوتا ہے تو ، بوجھ میں تبدیلی کے مطابق ، کنورٹر کی آؤٹ پٹ کو تبدیل کرنا ضروری ہے۔ مثال کے طور پر ، ایک انورٹر بوجھ کے ساتھ منسلک ہوتا ہے ، اگر لوڈ میں اضافہ ہوتا ہے تو انورٹر سے زیادہ بہاؤ آجائے گا۔ لہذا ، وولٹیج اور موجودہ پیرامیٹر ٹھیک نہیں ہے ، یہ ضرورت کے مطابق بدل جائے گا۔ اس حالت میں ، PID کنٹرولر inverter کے IGBTs سوئچ کرنے کے لئے PWM دالیں پیدا کرنے کے لئے استعمال کیا جاتا ہے۔ بوجھ میں تبدیلی کے مطابق ، کنٹرولر کو آراء سگنل دیا جاتا ہے اور اس سے خامی پیدا ہوگی۔ پی ڈبلیو ایم دالیں خرابی سگنل کے مطابق تیار کی جاتی ہیں۔ تو ، اس حالت میں ہم ایک ہی inverter کے ساتھ متغیر ان پٹ اور متغیر آؤٹ پٹ حاصل کرسکتے ہیں۔