راهنمایی جهت کنترل دمای خانه با استفاده از کنترلر PID

سلام دوست عزیز، وقتی که شما تصمیم به طراحی کنترلر میگیرید، باید عبارت “تنظیم دما به صورت دقیق” رو خیلی خوب تعریف کنید.
یک سیستم کنترلی، تشکیل شده از یک لوپ بسته، ورودی، کنترلر، خروجی، نقطه مطلوب و فیدبک (که اینجا سنسور دما هست) و عملگر (یا actuator که در اینجا میشه المنت که گرما تولید میکنه)
شکل زیر یک کنترلر pid رو نشون میده:

دقت کنید که شما باید ضرایب p و i و d رو طوری تنظیم کنید که به خروجی مطلوب برسید. ولی تنظیم این ضرایب بستگی به انتظار شما از سیستم داره. هر سیستم کنترلی، یک rise time داره که سرعت واکنش اون هست. یک settling time داره که نشون میده بعد از چقدر زمان سیستم شما پایدار میشه و بعد overshoot و undershoot که نشون میده در طول پروسه کنترل، خروجی از setpoint شما چقدر بالاتر میره یا چقدر پایین تر میره. (مثلا دما رو روی ۳۰ درجه ست میکنید، ممکنه در طول پروسه کنترل، دما بیاد روی ۳۲ و بعد بیاد پایین و به ۳۰ برسه. اینجا ۲ درجه شما overshoot دارید)
شکل زیر رو ببینید:

فرض کنید اون منحنی قرمز رنگ، دما باشه و اون خط افقی مشکی رنگ، دمای مطلوب شما باشه. سیستم میخواد سعی کنه که دما رو برسونه به اون دما. خب المنت رو روشن میکنه، دما میره بالا ولی وقتی المنت رو خاموش میکنه، به خاطر خواص دینامیکی سیستم شما، دما بالاتر میره و حالا یا باید صبر کنید که دما به صورت طبیعی بیاد پایین یا اینکه یک دستگاه خنک کننده داشته باشید که اینجا اون وارد عمل بشه و دما رو سریع بیاره پایین. این عمل چندین بار ممکنه تکرار بشه تا اینکه دما به حالت پایدار برسه.
در نهایت، اگر شما علم کنترل رو ندونید (گرایش کنترل مهندسی برق)، نمیتونید یک کنترلر طراحی کنید. از طرف دیگه، کنترل دمای محیط کلا سیستم کندی هست و ایزوله نیست. یعنی شما اگر پنجره رو باز بذارید، ممکنه سیستم هیچوقت نتونه دما رو به حد مطلوب شما برسونه. مدل دینامیکی محیط رو نمیتونید محاسبه کنید، چون تمامی مصالح ساختمان و وسایل داخل محیط و فشار هوا و … تاثیر گذار هستن روی این سیستم. به همه این دلایل، به نظر من اگر دستگاه شما، هدفش ایجاد دمای مطلوب هست (و کاربرد پزشکی یا صنعتی یا … نداره)، همون مدل اشمیت تریگر خیلی خوب جواب میده براش. در واقع اگر دما زیر دمای مطلوب بود، المنت روشن و اگر بالای دمای مطلوب بود، المنت خاموش. برای اینکه سیستم به نوسان نیفته هم یک مسیر هیسترزیس تعریف میکنید که میشه همون اشمیت تریگر.