روش Ziegler-Nichols یک تکنیک به طور گسترده شناخته شده است که در سیستم های کنترل برای تعیین تنظیمات بهینه برای یک کنترل کننده استفاده می شود، این روش به ویژه در تنظیم PID (Proportional، انتگرال، دره) کنترل کننده ها مفید است و از زمان معرفی آن در دهه 1940، سنگ بنایی در زمینه مهندسی کنترل بوده است.

تاریخ روش Ziegler-Nichols

این روش توسط جان G. Ziegler و ناتانیل B. نیکولز، که هر دو مهندسان در زمان در زمینه سیستم های کنترل صنعتی کار می کردند، توسعه یافته است.کار آنها با هدف ایجاد یک رویکرد سیستماتیک برای تنظیم کنترل کننده ها است که عملکرد فرآیندهای صنعتی مختلف را بهبود می بخشد.

در ابتدا در یک مقاله در سال 1942 ارائه شد، روش Ziegler-Nichols به دلیل سادگی و اثربخشی آن محبوبیت به دست آورد.این یک راه برای مهندسان فراهم کرد تا به سرعت پارامترهای تنظیم PID مناسب را بدون محاکمه و خطا گسترده پیدا کنند.

درک کنترل کننده های PID

قبل از غواصی در روش Ziegler-Nichols، لازم است که بدانید که کنترل کننده های PID چیست. یک کنترل کننده PID یک مکانیسم بازخورد حلقه کنترل است که به طور گسترده در سیستم های کنترل صنعتی استفاده می شود.

  • گزارش (P: [FLT 1] این جزء تولید خروجی است که متناسب با ارزش خطای فعلی است.
  • [من] [مشرکان]: [من] این جزء با تجمع خطاهای گذشته نگران است، و آنها را در طول زمان ادغام می کند.
  • انگیزه (D: این جزء پیش بینی خطاهای آینده بر اساس نرخ تغییر خطا.

روش های نظارت بر تنوع زای Ziegler-Nichols Tuning Method

روش Ziegler-Nichols شامل دو روش تنظیم اولیه است: روش باز حلقه و روش حلقه بسته.

روش Open-Loop Tuning Method

روش باز حلقه شامل مراحل زیر است:

  • کنترل کننده را فقط به حالت متناسب خود تنظیم کنید (من و D به صفر تنظیم می شوند).
  • افزایش سود متناسب تا زمانی که خروجی سیستم به طور مداوم نوسان کند.
  • ثبت ارزش سود که در آن نوسانات شروع می شود، به عنوان سود نهایی (Ku) شناخته می شود.
  • دوره نوسان را اندازه گیری کنید که به عنوان دوره نهایی (Pu) شناخته می شود.
  • از Ku و Pu برای تنظیم پارامترهای PID با توجه به فرمول های پیش تعریف شده استفاده کنید.

روش بسته بندی شده-Loop Tuning Method

روش حلقه بسته اغلب ساده تر است و شامل مراحل زیر است:

  • کنترل کننده را به تنظیمات اولیه خود تنظیم کنید.
  • به تدریج افزایش سود متناسب تا زمانی که سیستم نوسانات پایدار را نشان دهد.
  • سود نهایی (Ku) و دوره نهایی (Pu) را به عنوان در روش باز حلقه تعیین کنید.
  • فرمول های تنظیم کننده Ziegler-Nichols را برای محاسبه پارامترهای PID اعمال کنید.

Ziegler-Nichols که به فرمول های مختلف می پردازد

هنگامی که به دست آوردن نهایی و دوره نهایی مشخص می شود، روش Ziegler-Nichols فرمول های خاصی را برای محاسبه پارامترهای PID فراهم می کند:

  • [[ویرایش] [۱] [۱۰] برای کنترل کننده [[۱۰]]: [[۱۰]] [۱] [۱] [۱] [۱]]
  • برای کنترل کننده PI: Kp = 0.9 * Ku = Pu / 3
  • برای کنترل کننده PID Kp = 0.6 * Ku = Pu / 2، Td = Pu / 8

مزایای روش Ziegler-Nichols

روش Ziegler-Nichols مزایای مختلفی را ارائه می دهد که آن را به یک انتخاب محبوب در میان مهندسان تبدیل می کند:

  • ابهامات: [FLT 1] روش آسان برای درک و پیاده سازی، نیاز به محاسبات حداقل است.
  • Speed: اجازه می دهد تا برای تنظیم سریع کنترل کننده ها، صرفه جویی در زمان در برنامه های صنعتی.
  • نتایج حاصل از: روش اغلب نتایج تنظیم رضایت بخش برای طیف گسترده ای از فرآیندها را به دست می آورد.

محدودیت های روش Ziegler-Nichols

علی رغم مزایای آن، روش Ziegler-Nichols دارای محدودیت هایی است:

  • خطر خطر تنش: [FLT 1] این روش ممکن است منجر به تنظیم تهاجمی، باعث نوسانات در سیستم.
  • سیستم های غیر خطی: [FLT 1] ممکن است با سیستم های غیر خطی یا کسانی که دارای تاخیر زمانی قابل توجه هستند، به خوبی عمل نکند.
  • تجربه: کاربران نیاز به درک خوبی از پویایی سیستم برای اعمال موثر روش.

برنامه های روش Ziegler-Nichols

روش Ziegler-Nichols در زمینه های مختلف قابل اجرا است، از جمله:

  • انسان شناسی: [FLT 1] برای کنترل فرآیندهای مانند دما، فشار و جریان در خطوط تولید استفاده می شود.
  • ربات ها: کمک می کند تا کنترل کننده های تنظیم کننده برای سلاح های رباتیک و سیستم های خودکار.
  • فضای: در سیستم های کنترل پرواز برای اطمینان از ثبات و عملکرد، کاربردی است.

نتیجه گیری

روش Ziegler-Nichols یک تکنیک تنظیم کلاسیک است که آزمون زمان را در بر داشته است. سادگی و اثربخشی آن را یک ابزار ارزشمند برای مهندسان در صنایع مختلف می سازد.در حالی که دارای محدودیت است، درک اصول و برنامه های آن می تواند به شدت عملکرد سیستم های کنترل را افزایش دهد.