تغذية راجعة ثانوية للحلقة

📅 آخر تحديث: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٤ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

تُعدّ التغذية الراجعة للحلقة الفرعية طريقة كلاسيكية تُستخدم لتصميم أنظمة تحكم خطية مستقرة وقوية باستخدام حلقات تغذية راجعة حول الأنظمة الفرعية ضمن حلقة التغذية الراجعة الكلية. [ 1 ] تُسمى هذه الطريقة أحيانًا بتوليف الحلقة الفرعية في الكتب الجامعية، [ 1 ] [ 2 ] وفي بعض الوثائق الحكومية. [ 3 ]

تُعدّ هذه الطريقة مناسبة للتصميم باستخدام الأساليب البيانية، وقد استُخدمت قبل ظهور الحواسيب الرقمية. خلال الحرب العالمية الثانية، استُخدمت هذه الطريقة لتصميم أنظمة التحكم في توجيه المدافع . [ 4 ] ولا تزال تُستخدم حتى الآن، ولكن ليس بالضرورة بالاسم نفسه. وغالبًا ما تُناقش في سياق أساليب مخطط بود . ويمكن استخدام التغذية الراجعة للحلقة الصغيرة لتحقيق استقرار مضخمات العمليات. [ 5 ]

مثال

محرك تحديد موضع التلسكوب

مخطط تدفق إشارة محرك المؤازرة لتحديد الموضع الزاوي . θ <sub> C</sub> = أمر الزاوية المطلوب، θ<sub> L</sub> = زاوية الحمل الفعلية، K<sub> P </sub> = كسب حلقة الموضع، V <sub>ωC </sub> = أمر السرعة، V <sub>ωM </sub> = جهد استشعار سرعة المحرك، K<sub> V</sub> = كسب حلقة السرعة، V<sub> IC </sub> = أمر التيار، V<sub>IM</sub> = جهد استشعار التيار، K <sub>C </sub> = كسب حلقة التيار، V<sub> A </sub> = جهد خرج مضخم القدرة، L <sub> M </sub> = محاثة المحرك، I <sub> M</sub> = تيار المحرك، R <sub>M</sub> = مقاومة المحرك، R <sub> S </sub> = مقاومة استشعار التيار، K<sub>M</sub> = ثابت عزم دوران المحرك (نيوتن متر/أمبير)، T = العزم، M = عزم القصور الذاتي لجميع المكونات الدوارة، α = التسارع الزاوي، ω = السرعة الزاوية، β = التخميد الميكانيكي، G<sub> M </sub> = ثابت القوة الدافعة الكهربائية العكسية للمحرك، G<sub> T</sub> = ثابت كسب تحويل مقياس سرعة الدوران. يوجد مسار أمامي واحد (موضح بلون مختلف) وست حلقات تغذية راجعة. يُفترض أن عمود الدوران صلب بما يكفي لعدم التعامل معه كنابض. تظهر الثوابت باللون الأسود والمتغيرات باللون الأرجواني. وتظهر التغذية الراجعة المقصودة بخطوط منقطة.

هذا المثال مُبسّط قليلاً (بدون تروس بين المحرك والحمل) من نظام التحكم الخاص بتلسكوب هارلان جيه سميث في مرصد ماكدونالد . [ 6 ] في الشكل، توجد ثلاث حلقات تغذية راجعة: حلقة التحكم في التيار، وحلقة التحكم في السرعة، وحلقة التحكم في الموضع. الأخيرة هي الحلقة الرئيسية، أما الحلقتان الأخريان فهما حلقتان فرعيتان. المسار الأمامي، مع الأخذ في الاعتبار المسار الأمامي فقط دون تغذية الحلقة الفرعية، يحتوي على ثلاث مراحل حتمية لإزاحة الطور. يشكل كل من محاثة المحرك ومقاومة الملفات مرشح تمرير منخفض بنطاق ترددي يبلغ حوالي 200  هرتز. معادلة التسارع إلى السرعة هي مُكاملة ، ومعادلة السرعة إلى الموضع هي مُكاملة أيضًا. ينتج عن ذلك إزاحة طور كلية تتراوح بين 180 و270 درجة. توصيل تغذية الموضع الراجعة ببساطة سيؤدي في أغلب الأحيان إلى سلوك غير مستقر.

حلقة التحكم الحالية

تنظم الحلقة الداخلية التيار في محرك العزم . يُنتج هذا النوع من المحركات عزمًا يتناسب تقريبًا مع تيار الدوار ، حتى عند إجباره على الدوران عكسيًا. وبسبب عمل المبدل ، قد يتم تنشيط ملفي الدوار في آنٍ واحد. إذا تم تشغيل المحرك بمصدر جهد مُتحكم فيه، سيتضاعف التيار تقريبًا، وكذلك العزم. من خلال استشعار التيار باستخدام مقاومة استشعار صغيرة (RS ) وإعادة تغذية هذا الجهد إلى المدخل العاكس لمضخم القيادة، يصبح المضخم مصدر تيار مُتحكم فيه. مع ثبات التيار، عند تنشيط ملفين، يتشاركان التيار، ويكون تغير العزم في حدود 10%.

حلقة التحكم في السرعة

تتحكم الحلقة الداخلية التالية في سرعة المحرك. تتناسب إشارة الجهد من مقياس سرعة الدوران (مولد تيار مستمر صغير ذو مغناطيس دائم) مع السرعة الزاوية للمحرك. تُعاد هذه الإشارة إلى المدخل العاكس لمضخم التحكم في السرعة (K V ). يعمل نظام التحكم في السرعة على جعل النظام أكثر صلابة عند تعرضه لتغيرات في عزم الدوران، مثل تأثير الرياح، والحركة حول المحور الثاني، وتموج عزم الدوران الناتج عن المحرك.

حلقة التحكم في الموضع

تُنظّم الحلقة الخارجية، وهي الحلقة الرئيسية، موضع الحمل. في هذا المثال، تُقدّم تغذية راجعة لموضع الحمل الفعلي بواسطة مُشفّر دوّار يُنتج رمزًا ثنائيًا. يُقارن الموضع الفعلي بالموضع المطلوب بواسطة طارح رقمي يُشغّل مُحوّلًا رقميًا تناظريًا (DAC ) الذي يُشغّل بدوره مُضخّم التحكم في الموضع (K P ). يسمح التحكم في الموضع للمحرك المؤازر بتعويض الانحناء والتموج الطفيف في الموضع الناتج عن التروس (غير الموضحة) بين المحرك والتلسكوب.

توليف

تتمثل إجراءات التصميم المعتادة في تصميم النظام الفرعي الداخلي (حلقة التحكم الحالية في مثال التلسكوب) باستخدام التغذية الراجعة المحلية لضبط خطية الكسب وتسطيحه. ويتم ضمان الاستقرار عمومًا باستخدام مخططات بود . عادةً ما يتم جعل عرض النطاق الترددي واسعًا قدر الإمكان. ثم يتم تصميم الحلقة التالية (حلقة السرعة في مثال التلسكوب). ويُضبط عرض النطاق الترددي لهذا النظام الفرعي بحيث يكون أقل من عرض النطاق الترددي للنظام الداخلي بمقدار يتراوح بين 3 و5 أضعاف. وتستمر هذه العملية مع كل حلقة يكون عرض نطاقها الترددي أقل من عرض النطاق الترددي للنظام الداخلي. طالما أن عرض النطاق الترددي لكل حلقة أقل من عرض النطاق الترددي للنظام الفرعي المغلق بمقدار يتراوح بين 3 و5 أضعاف، يمكن إهمال إزاحة الطور للنظام الداخلي، أي يمكن التعامل مع النظام الفرعي ككسب مسطح بسيط. بما أن عرض نطاق كل نظام فرعي أقل من عرض نطاق النظام الذي يحتويه، فمن المستحسن زيادة عرض نطاق كل نظام فرعي قدر الإمكان لضمان وجود عرض نطاق كافٍ في الحلقة الخارجية. غالبًا ما يُعبَّر عن النظام بمخطط تدفق الإشارة ، ويمكن حساب دالة النقل الكلية له باستخدام صيغة كسب ماسون .

مراجع

  1. 1 2 كو، بنجامين سي. (1991)، أنظمة التحكم الآلي ، برنتيس هول، ISBN 978-0-13-051046-4
  2. ↑ براون، جوردون س.؛ كامبل، دونالد ب. (1948)، مبادئ الآليات المؤازرة ، جون وايلي وأولاده
  3. ↑ لينينجر، غاري، تطبيق طريقة تصميم MNA على محرك توربيني مروحي غير خطي (ملف PDF) ، تم استرجاعه في 18 مارس 2011
  4. ↑ بينيت، ستيوارت، تاريخ موجز للتحكم الآلي (ملف PDF) ، صفحة 20، مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 2011-10-07 ، تم استرجاعه في 18 مارس 2011 
  5. ↑ لوندبيرغ (2004)، "تعويض مضخم العمليات الداخلي والخارجي: دليل تعليمي يركز على التحكم" ، وقائع مؤتمر التحكم الأمريكي لعام 2004 ، الصفحات 5197-5211، المجلد 6، doi : 10.23919/ACC.2004.1384678 ، ISBN  0-7803-8335-4تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 مارس 2011
  6. ↑ ديتمار، ديفيد (1-5 مارس 1971). مؤتمر تصميم التلسكوبات الكبيرة، وقائع مؤتمر مشترك بين المرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) والمجلس الأوروبي للأبحاث النووية (CERN) . جنيف، سويسرا (نُشر في يونيو 1971). ص 383.