در سیستم‌های کنترل خودکار، کنترل‌کننده‌های دما و کنترل‌کننده‌های PID دستگاه‌های رایجی هستند که برای کنترل دقیق دما استفاده می‌شوند. در این مقاله اصول اولیه کنترل‌کننده‌های دما و کنترل‌کننده‌های PID و همچنین تفاوت‌های بین آنها و سناریوهای کاربردی مربوطه معرفی می‌شوند.
کنترل دما یک نیاز رایج در بسیاری از کاربردهای صنعتی و آزمایشگاهی است. برای دستیابی به کنترل دقیق دما، کنترل کننده های دما و کنترل کننده های PID یکی از پرکاربردترین ابزارها هستند. آنها بر اساس روش ها و الگوریتم های کنترل متفاوتی هستند و هر کدام برای نیازهای کنترلی مختلف مناسب هستند.
کنترل کننده دما وسیله ای است که برای اندازه گیری و کنترل دما استفاده می شود. معمولاً از سنسورهای دما، کنترل کننده ها و محرک ها تشکیل شده است. سنسور دما برای اندازه گیری دمای فعلی و برگرداندن آن به کنترل کننده استفاده می شود. کنترل کننده دما را با کنترل کننده های محرک مانند عناصر گرمایشی یا سیستم های خنک کننده بر اساس دمای تنظیم شده و سیگنال بازخورد فعلی تنظیم می کند.
اصل کار کنترل کننده دما مقایسه تفاوت بین دمای اندازه گیری شده و دمای تنظیم شده و کنترل خروجی محرک با توجه به تفاوت برای حفظ دما نزدیک به مقدار تنظیم شده است. می تواند از کنترل حلقه باز یا حلقه بسته استفاده کند. کنترل حلقه باز تنها خروجی محرک را بر اساس مقدار تنظیم شده کنترل می کند، در حالی که کنترل حلقه بسته خروجی را از طریق سیگنال های بازخورد برای اصلاح انحرافات دما تنظیم می کند.
کنترلر PID
کنترل‌کننده PID یک کنترل‌کننده بازخورد رایج است که برای کنترل دقیق متغیرهای فرآیند از جمله دما استفاده می‌شود. PID مخفف Proportional، Integral و Derivative است که به ترتیب با سه الگوریتم کنترل اصلی کنترل کننده PID مطابقت دارند.
1. Proportional: این قسمت سیگنال خروجی متناسب با خطا را بر اساس خطای فعلی (تفاوت بین مقدار تنظیم شده و مقدار بازخورد) تولید می کند. عملکرد آن واکنش سریع و کاهش خطاهای حالت پایدار است.
2. انتگرال: این قسمت یک سیگنال خروجی متناسب با مقدار انباشته خطا تولید می کند. عملکرد آن حذف خطاهای استاتیک و بهبود پایداری سیستم است.
3. مشتق: این قسمت یک سیگنال خروجی متناسب با نرخ تغییر بر اساس نرخ تغییر خطا تولید می کند. عملکرد آن کاهش بیش از حد و نوسان در طول فرآیند انتقال و بهبود سرعت پاسخ سیستم است.
کنترل‌کننده PID توابع الگوریتم‌های تناسبی، انتگرال و دیفرانسیل را ترکیب می‌کند. با تنظیم وزن بین آنها، می توان اثر کنترل را با توجه به نیازهای واقعی بهینه کرد.
تفاوت بین کنترل کننده دما و کنترل کننده PID
تفاوت اصلی بین کنترل‌کننده‌های دما و کنترل‌کننده‌های PID، الگوریتم کنترل و ویژگی‌های پاسخ است.
کنترل کننده دما می تواند کنترل حلقه باز یا حلقه بسته باشد. اجرای آن ساده و آسان است و معمولاً در برخی از کاربردها که به دقت دمای بالا نیاز ندارند استفاده می شود. برای سناریوهایی که نیاز به پاسخ سریع ندارند یا تحمل بالایی برای خطاهای حالت پایدار دارند مناسب است.
کنترل کننده PID بر اساس الگوریتم های تناسبی، انتگرال و دیفرانسیل است که برای کنترل حالت پایدار و پاسخ دینامیکی مناسب است. کنترل‌کننده PID می‌تواند دما را با دقت بیشتری کنترل کند و به سیستم اجازه می‌دهد تا در نزدیکی نقطه دمای تنظیم‌شده به‌طور پایدار کار کند در حالی که پاسخ سریع و عملکرد حالت پایدار دارد.
سناریوهای کاربردی
کنترل کننده های دما به طور گسترده در بسیاری از آزمایشگاه ها، انبارداری، گرمایش خانه و برخی از فرآیندهای ساده صنعتی استفاده می شوند.
کنترل‌کننده‌های PID برای سناریوهایی که به دقت بالاتر و پاسخ سریع‌تر نیاز دارند، مانند صنایع شیمیایی، فرآوری مواد غذایی، داروسازی و تولید خودکار مناسب هستند.
به طور خلاصه، هر دو کنترل کننده دما و کنترل کننده PID دستگاه هایی هستند که برای کنترل دما استفاده می شوند. کنترل‌کننده‌های دما می‌توانند سیستم‌های کنترل حلقه باز یا حلقه بسته ساده باشند، در حالی که کنترل‌کننده‌های PID بر اساس الگوریتم‌های تناسبی، انتگرال و دیفرانسیل هستند و می‌توانند دما را با دقت بیشتری، با پاسخ سریع و عملکرد حالت پایدار کنترل کنند. انتخاب کنترل کننده مناسب به نیازهای کاربردی خاص، از جمله دقت دمای مورد نیاز، سرعت پاسخ و عملکرد حالت پایدار بستگی دارد.
