يمكن فهم أنواع أنظمة التحكم الآلي أولًا من خلال التغذية الراجعة: يعمل نظام الحلقة المفتوحة من دون تعديل فعله اعتمادًا على قياس المتغير المراد ضبطه، بينما تستخدم الحلقة المغلقة هذا القياس لمقارنته بالقيمة المطلوبة وتعديل التحكم. وهناك تصنيفات أخرى بحسب الزمن والإشارات وبنية النموذج، فلا تقتصر الأنظمة كلها على تسميتين. [1]
الحلقة المفتوحة: أمر من دون تصحيح بقياس المخرج
تخيل ريًّا يشغل المضخة لفترة محددة وفق برنامج، من دون قراءة رطوبة التربة لتعديل هذا القرار. هذا مثال على حلقة مفتوحة بالنسبة إلى رطوبة التربة: قد تتغير النتيجة إذا اختلف الطقس أو تدفق الماء، بينما يستمر البرنامج في تنفيذ الأمر نفسه. وجود المؤقت ليس شرطًا لكل حلقة مفتوحة؛ المهم غياب رجوع قياس المخرج إلى قرار التحكم. [4]
الحلقة المغلقة: قياس ومقارنة وتصحيح
إذا أضفنا حساسًا للرطوبة واستخدم المتحكم قراءته لتحديد تشغيل المضخة، أصبحت الرطوبة جزءًا من الحلقة. يقارن المتحكم القيمة المقاسة بالقيمة المطلوبة، ثم يغير أمره بناءً على الفرق. العودة من المخرج إلى المتحكم هي التغذية الراجعة، وليست مجرد شاشة تعرض القياس للمستخدم. [1]
يتكون المثال من مرجع يحدد المطلوب، وحساس يقيس، ومتحكم يتخذ القرار، ومشغّل يؤثر في العملية. قد تجمع الأجهزة بعض هذه الأجزاء في وحدة واحدة، لكن تمييز وظائفها يساعد على فهم أين وقع الخطأ: في القياس، أم القرار، أم تنفيذ الأمر. [1]
كيف تقارن النظامين من دون تعميم؟
يسهل تنفيذ الحلقة المفتوحة عندما تكون الظروف متوقعة ويكفي أمر محدد لتحقيق الغرض. وقد تساعد الحلقة المغلقة على الاستجابة لتغير الظروف، لكنها تحتاج قياسًا ومكونات وتصميمًا مناسبًا. لذلك لا تصح عبارة «المغلقة أفضل دائمًا» من دون معرفة الهدف والتكلفة ودقة القياس ومتطلبات الاستجابة. [4]
وقد يحتوي جهاز واحد على حلقات مختلفة. فإذا كان برنامج الري ثابتًا، لكن المحرك ينظم سرعته اعتمادًا على حساس داخلي، فالنظام مغلق بالنسبة إلى سرعة المحرك ومفتوح بالنسبة إلى رطوبة التربة. يجب تسمية المتغير الذي نتحدث عنه قبل الحكم على الحلقة. [1]
ما التصنيفات الأخرى؟
يمكن أن يكون التحليل مستمر الزمن، أو يعتمد على عينات وقرارات في أوقات متقطعة. وتختلف النماذج كذلك بحسب العلاقات بين المدخلات والمخرجات وعدد المتغيرات. هذه معايير تصنيف مختلفة عن وجود التغذية الراجعة؛ فقد يكون النظام الرقمي مغلق الحلقة، ولا تعني كلمة «رقمي» أنه مفتوح. [2]
هل التغذية الراجعة تمنع الخطأ تمامًا؟
لا. قد تكون قراءة الحساس غير دقيقة، أو يتأخر وصولها، أو يكون التصحيح أشد مما يحتمله النظام، فتظهر استجابة متذبذبة أو غير مستقرة. لذلك تدرس هندسة التحكم سرعة الاستجابة والاستقرار والخطأ والتأثيرات غير المرغوبة معًا، بدل الاكتفاء بوجود سهم يعود إلى المتحكم في الرسم. [3]
عند دراسة أي مثال جديد، حدد المطلوب، والمتغير المقاس، والجهة التي تنفذ القرار. ثم اسأل: هل يؤثر قياس النتيجة في الأمر التالي؟ هذه الخطوات توضح نوع الحلقة من سلوكها الفعلي، حتى إذا تغير اسم الجهاز أو طريقة عرضه. [1]
المصادر ومتابعة القراءة
- جامعة ميشيغان: مقدمة أساسية في التحكم بالتغذية الراجعة (يفتح في نافذة جديدة)eecs.umich.edu
- MIT: مقرر تحليل وتصميم أنظمة التحكم ونماذج الزمن المتقطع (يفتح في نافذة جديدة)ocw.mit.edu
- MIT: تطبيقات التغذية الراجعة وتأثيرها في الاستقرار (يفتح في نافذة جديدة)ocw.mit.edu
- وزارة التربية العراقية: الأنظمة المفتوحة والمغلقة (يفتح في نافذة جديدة)vocational.edu.iq
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.