পিআইডি তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রক: 7 টি ধাপ

2024 লেখক: John Day | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2024-01-30 08:02

আমার বন্ধু প্লাস্টিক পুনর্ব্যবহারের জন্য একটি প্লাস্টিক এক্সট্রুডার তৈরি করছে (https://preciousplastic.com)। তাকে এক্সট্রুশন তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করতে হবে। সেই উদ্দেশ্যে তিনি একটি অগ্রভাগ হিটার ব্যান্ড ব্যবহার করছেন। এই অগ্রভাগে, একটি থার্মোকল এবং একটি হিটিং ইউনিট রয়েছে যা আমাদের তাপমাত্রা পরিমাপ করতে এবং অবশেষে কাঙ্ক্ষিত তাপমাত্রায় পৌঁছানোর অনুমতি দেয় (একটি বিপরীতমুখী লুপ তৈরি করুন)।

যখন আমি শুনলাম যে এই সমস্ত অগ্রভাগ হিটার ব্যান্ডগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করার জন্য তাকে বেশ কয়েকটি পিআইডি কন্ট্রোলারের প্রয়োজন ছিল, তখনই এটি আমাকে নিজের তৈরি করার চেষ্টা করার ইচ্ছা দেয়।

ধাপ 1: সরঞ্জাম এবং উপাদান

সরঞ্জাম

• সোল্ডারিং আয়রন, সোল্ডার ওয়্যার এবং ফ্লাক্স
• টুইজার
• মিলিং মেশিন (রাসায়নিক নকশা পিসিবি প্রোটোটাইপিংয়ের জন্যও সম্ভব) (আপনি আমার eগল ফাইল দিয়েও পিসিবি অর্ডার করতে পারেন)
• থার্মোমিটার (ক্রমাঙ্কনের জন্য)
• arduino (যেকোন প্রকার) বা AVR প্রোগ্রামার
• FTDI সিরিয়াল TTL-232 USB তারের
• লেজার কাটার (alচ্ছিক)
• মাল্টিমিটার (ওহমিটার এবং ভোল্টমিটার)

উপাদান

• বাকেলাইট সিঙ্গেল সাইড কপার প্লেট (ন্যূনতম *০*mm৫ মিমি)
• Attiny45 মাইক্রোকন্ট্রোলার
• LM2940IMP-5 ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক
• AD8605 অপারেশনাল পরিবর্ধক
• NDS356AP ট্রানজিস্টর
• প্রতিরোধক এবং ক্যাপাসিটরের একটি গুচ্ছ (আমার SMT 0603 অ্যাডাফ্রুট বই আছে)
• 230V-9V এসি-ডিসি ট্রান্সফরমার
• 1N4004 ডায়োড
• কঠিন অবস্থা রিলে
• নখ পালিশ (alচ্ছিক)

ধাপ 2: PCB খনন করুন

আমি আমার Proxxon MF70 CNC রূপান্তরিত এবং একটি শঙ্কু শেষ বিট পিসিবি মিল ব্যবহার। আমি মনে করি যে কোন খোদাই শেষ বিট কাজ করবে। Gcode ফাইলটি সরাসরি agগল এবং pcb-gcode প্লাগইন দ্বারা উৎপন্ন হয়েছিল। একটি ভাল রুট বিচ্ছেদ নিশ্চিত করার জন্য শুধুমাত্র তিনটি পাস করা হয়েছে কিন্তু সমস্ত তামার মিলিং ঘন্টার সময় ব্যয় না করে। যখন পিসিবি সিএনসি মেশিন থেকে বেরিয়ে গেল, আমি একটি কাটার দিয়ে রুটগুলি পরিষ্কার করলাম এবং মাল্টিমিটার দিয়ে পরীক্ষা করলাম।

পরামিতি: ফিড রেট 150 মিমি/মিনিট, গভীরতা 0.2 মিমি, ঘূর্ণন গতি 20'000 টি/মিনিট

ধাপ 3: উপাদানগুলি বিক্রি করুন

টুইজার এবং সোল্ডারিং লোহার সাথে, উপাদানগুলিকে সঠিক জায়গায় রাখুন এবং ফ্লাক্স (এটি সাহায্য করে) ব্যবহার করে সোল্ডার করুন এবং ক্ষুদ্রতম উপাদান দিয়ে শুরু করুন। আবার, একটি মাল্টিমিটার দিয়ে পরীক্ষা করুন যে আপনার কোন শর্ট সার্কিট বা সংযোগহীন উপাদান নেই।

আপনি চান প্রতিরোধক (লাভ = (R3+R4)/R4) নির্বাচন করে পরিবর্ধক লাভ চয়ন করতে পারেন। আমি 1M এবং 2.7k নিলাম তাই আমার ক্ষেত্রে লাভ প্রায় 371 এর সমান। আমি সঠিক মান জানতে পারি না কারণ আমি 5% সহনশীলতা প্রতিরোধক ব্যবহার করছি।

আমার থার্মোকল একটি জে টাইপ। এর মানে হল যে এটি প্রতিটি ডিগ্রির জন্য 0.05mV দেয়। 371 লাভের সাথে, আমি পরিবর্ধক আউটপুট (0.05*371) থেকে 18.5mV প্রতি ডিগ্রী অর্জন করি। আমি প্রায় 200 ° C পরিমাপ করতে চাই তাই পরিবর্ধক আউটপুট প্রায় 3.7V (0.0185*200) হওয়া উচিত। ফলাফল 5V এর বেশি হওয়া উচিত নয় কারণ আমি 5V রেফারেন্স ভোল্টেজ (বাহ্যিক) ব্যবহার করি।

ছবিটি আমার তৈরি প্রথম (কাজ করছে না) সংস্করণের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ কিন্তু নীতি একই। এই প্রথম সংস্করণে, আমি একটি রিলে ব্যবহার করেছি এবং এটি বোর্ডের ঠিক মাঝখানে রেখেছি। যত তাড়াতাড়ি আমি উচ্চ ভোল্টেজ দিয়ে স্যুইচ করছিলাম, আমার কাছে স্পাইক ছিল যারা নিয়ামক পুনরায় বুট করেছিল।

ধাপ 4: মাইক্রোকন্ট্রোলার প্রোগ্রাম করুন

এই নির্দেশাবলীর মতো একটি arduino ব্যবহার করে: https://www.instructables.com/id/How-to-Program-a… আপনি কোডটি লোড করতে পারেন।

আমি একটি এফটিডিআই-ইউএসবি কেবল সহ একটি প্রো ট্রিঙ্কেট ব্যবহার করে অ্যাট্টিনি 45 প্রোগ্রাম করার জন্য কিন্তু এই পদ্ধতিটি সমতুল্য। আমি তারপর সিরিয়াল ডেটা পেতে এবং ডিবাগ করতে সক্ষম হওয়ার জন্য FTDI-USB তারের RX এবং GND- এ সরাসরি পিন PB1 এবং GDN প্লাগ করেছি।

Arduino স্কেচে আপনার সমস্ত পরামিতি শূন্য (P = 0, I = 0, D = 0, K = 0) রাখা উচিত। সেগুলি টিউনিং ধাপের সময় সেট করা হবে।

যদি আপনি ধোঁয়া বা পোড়া গন্ধ না দেখেন, তাহলে আপনি পরবর্তী ধাপে যেতে পারেন!

ধাপ 5: অ্যাসেম্বলিং এবং ক্যালিব্রেটিং

সতর্কতা: একই সময়ে প্রোগ্রামার থেকে পাওয়ার সাপ্লাই এবং 5V প্লাগ করবেন না! অন্যথায় আপনি আগের ধাপে আমি যে ধোঁয়া নিচ্ছিলাম তা দেখতে পাবেন। আপনি যদি এটিকে সম্মান করতে সক্ষম না হন তবে আপনি প্রোগ্রামারের জন্য 5v পিনটি সরিয়ে ফেলতে পারেন। আমি এটা করতে দিলাম কারণ আমার জন্য বিদ্যুৎ সরবরাহ ছাড়াই কন্ট্রোলার প্রোগ্রাম করা এবং আমার মুখের সামনে পাগলের মতো হিটার গরম না করে কন্ট্রোলার পরীক্ষা করা আমার পক্ষে আরও সুবিধাজনক ছিল।

এখন আপনি অ্যাম্প্লিফায়ারে থার্মোকল শাখা করতে পারেন এবং আপনি কিছু পরিমাপ করছেন কিনা তা দেখুন (মেরুতাকে সম্মান করুন)। যদি আপনার হিটিং সিস্টেম ঘরের তাপমাত্রায় থাকে, আপনার শূন্য পরিমাপ করা উচিত। এটি হাত দিয়ে গরম করার ফলে ইতিমধ্যেই কিছু ছোট মূল্যবোধ হতে পারে।

এই মানগুলি কীভাবে পড়বেন? কেবল FTDI-USB তারের RX এবং GND- এ সরাসরি পিনগুলি PB1 এবং GDN প্লাগ করুন এবং arduino সিরিয়াল মনিটর খুলুন।

যখন নিয়ামক শুরু হয়, এটি চিপের অভ্যন্তরীণ থার্মোমিটারের দ্বারা মান লাল পাঠায়। এইভাবে আমি তাপমাত্রা ক্ষতিপূরণ করি (একটি ডেডিকেটেড চিপ ব্যবহার না করে)। এর মানে হল যে যদি অপারেশনের সময় তাপমাত্রা পরিবর্তিত হয় তবে এটি বিবেচনায় নেওয়া হবে না। এই মানটি এক চিপ থেকে অন্য চিপে খুব আলাদা তাই এটিকে স্কেচের শুরুতে REFTEMPERATURE সংজ্ঞায় ম্যানুয়ালি লিখতে হবে।

কঠিন অবস্থা রিলে সংযোগ করার আগে, যাচাই করুন যে ভোল্টেজ আউটপুট আপনার রিলে দ্বারা সমর্থিত পরিসরে (আমার ক্ষেত্রে 3V থেকে 25V, সার্কিট প্রায় 11V উৎপন্ন করে)। (মেরুতাকে সম্মান করুন)

এই মানগুলি ডিগ্রি বা ফারেনহাইটের তাপমাত্রা নয় কিন্তু এনালগ থেকে ডিজিটাল রূপান্তরের ফলাফল তাই তারা 0 থেকে 1024 এর মধ্যে পরিবর্তিত হয়। আমি 5V রেফারেন্স ভোল্টেজ ব্যবহার করি এইভাবে যখন পরিবর্ধক আউটপুট 5V এর কাছাকাছি হয়, রূপান্তর ফলাফল 1024 এর কাছাকাছি।

ধাপ 6: পিআইডি টিউনিং

আমি উল্লেখ করতে চাই যে আমি একটি নিয়ন্ত্রণ বিশেষজ্ঞ নই, তাই আমি কিছু পরামিতি খুঁজে পেয়েছি যা আমার জন্য কাজ করে কিন্তু আমি গ্যারান্টি দিচ্ছি না যে এটি সবার জন্য কাজ করছে।

প্রথমত, আমাকে ব্যাখ্যা করতে হবে যে প্রোগ্রামটি কী করে। আমি এক ধরণের সফটওয়্যার PWM বাস্তবায়ন করেছি: প্রতিটি পুনরাবৃত্তিতে একটি কাউন্টার বৃদ্ধি করা হয় যতক্ষণ না এটি 20'000 এ পৌঁছায় (এই ক্ষেত্রে 0 তে রিসেট করা হয়)। একটি বিলম্ব লুপটিকে মিলিসেকেন্ডে ধীর করে দেয়। আমাদের মধ্যে সবচেয়ে বিচক্ষণ ব্যক্তিরা লক্ষ্য করবেন যে নিয়ন্ত্রণের সময়কাল প্রায় 20 সেকেন্ড। প্রতিটি লুপ কাউন্টার এবং থ্রেশহোল্ডের মধ্যে তুলনা দিয়ে শুরু হয়। যদি কাউন্টার থ্রেশহোল্ডের চেয়ে কম হয়, তাহলে আমি রিলে বন্ধ করি। যদি এটি বড় হয়, আমি এটি চালু করি। তাই আমি থ্রেশহোল্ড সেট করে শক্তি নিয়ন্ত্রণ করি। প্রান্তিক হিসাব প্রতি সেকেন্ডে ঘটে।

পিআইডি নিয়ামক কী?

যখন আপনি একটি প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণ করতে চান, তখন আপনার কাছে যে মানটি আপনি পরিমাপ করেন (analogData), যে মানটি আপনি পৌঁছাতে চান (tempCommand) এবং সেই প্রক্রিয়ার অবস্থা (seuil) পরিবর্তন করার একটি উপায় আছে। আমার ক্ষেত্রে এটি থ্রেশহোল্ড (ফরাসি "seuil" দিয়ে করা হয় কিন্তু লেখা এবং উচ্চারণ করা অনেক সহজ ("sey")) যা সুইচটি কতক্ষণ চালু এবং বন্ধ থাকবে (ডিউটি চক্র) এইভাবে শক্তির পরিমাণ নির্ধারণ করে সিস্টেমে রাখুন।

প্রত্যেকেই একমত যে আপনি যে বিন্দুতে পৌঁছাতে চান তা থেকে যদি আপনি দূরে থাকেন তবে আপনি একটি বড় সংশোধন করতে পারেন এবং যদি আপনি কাছাকাছি থাকেন তবে একটি ছোট সংশোধন প্রয়োজন। এর মানে হল যে সংশোধনটি ত্রুটির একটি ফাংশন (ত্রুটি = analogData-tempComand)। হ্যাঁ কিন্তু কত? ধরা যাক যে আমরা একটি গুণক (P) দ্বারা ত্রুটিকে গুণ করি। এটি একটি আনুপাতিক নিয়ামক। যান্ত্রিকভাবে একটি বসন্ত একটি আনুপাতিক সংশোধন করে কারণ বসন্ত বল বসন্ত সংকোচনের সমানুপাতিক।

আপনি সম্ভবত জানেন যে আপনার গাড়ির সাসপেনশনগুলি একটি স্প্রিং এবং একটি ড্যাম্পার (শক শোষণকারী) নিয়ে গঠিত। এই ড্যাম্পারের ভূমিকা হল ট্রাম্পোলিনের মতো আপনার গাড়ি রিবাউন্ডিং এড়ানো। এই ডেরিভেটিভ শব্দটি ঠিক কি করে। ড্যাম্পার হিসাবে, এটি একটি প্রতিক্রিয়া তৈরি করে যা ত্রুটির প্রকরণের সমানুপাতিক। যদি ত্রুটি দ্রুত পরিবর্তন হয়, সংশোধন হ্রাস করা হয়। এটি দোলনা এবং ওভারশুট হ্রাস করে।

স্থায়ী ত্রুটি এড়ানোর জন্য ইন্টিগ্রেটর শব্দটি এখানে (এটি ত্রুটিকে সংহত করে)। কংক্রিটভাবে, এটি একটি পাল্টা যা বৃদ্ধি বা হ্রাস করা হয় যদি ত্রুটি ইতিবাচক বা নেতিবাচক হয়। তারপর এই কাউন্টার অনুযায়ী সংশোধন বৃদ্ধি বা কম করা হয়। এটির কোন যান্ত্রিক সমতা নেই (অথবা আপনার কোন ধারণা আছে?)। আপনি যখন আপনার গাড়িকে পরিষেবাতে নিয়ে আসবেন এবং মেকানিক নোটিশটি দেখবেন যে শকগুলি পদ্ধতিগতভাবে খুব কম এবং আরও কিছু প্রিলোড যোগ করার সিদ্ধান্ত নিয়েছে তখন হয়তো একই রকম প্রভাব রয়েছে।

এই সব সূত্রে সংক্ষিপ্ত করা হয়েছে: সংশোধন = P*e (t)+I*(de (t)/dt)+D*অবিচ্ছেদ্য (e (t) dt), P, I এবং D হচ্ছে তিনটি প্যারামিটার যা টিউন করা

আমার সংস্করণে আমি একটি চতুর্থ মেয়াদ যোগ করেছি যা একটি নির্দিষ্ট তাপমাত্রা বজায় রাখার জন্য প্রয়োজনীয় "একটি অগ্রাধিকার" (ফিড ফরওয়ার্ড) কমান্ড। আমি তাপমাত্রার জন্য একটি আনুপাতিক কমান্ড বেছে নিয়েছি (এটি উত্তাপের ক্ষতির একটি ভাল আনুমানিকতা। এটি সত্য যদি আমরা বিকিরণ ক্ষতি উপেক্ষা করি (T^4))। এই শব্দটির সাথে, সংহতকারী হালকা হয়।

কিভাবে এই পরামিতি খুঁজে পেতে?

আমি একটি প্রচলিত পদ্ধতি চেষ্টা করেছি যা আপনি "পিড টিউনিং তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রক" গুগল করে খুঁজে পেতে পারেন কিন্তু আমি প্রয়োগ করা কঠিন বলে মনে করি এবং আমার নিজের পদ্ধতিতে শেষ করেছি।

আমার পদ্ধতি

প্রথমে P, I, D কে শূন্যে রাখুন এবং "K" এবং "tempCommand" ছোট মানগুলিতে রাখুন (উদাহরণস্বরূপ K = 1 এবং tempCommand = 100)। সিস্টেম চালু করুন এবং অপেক্ষা করুন, অপেক্ষা করুন, অপেক্ষা করুন … যতক্ষণ না তাপমাত্রা স্থিতিশীল হয়। এই মুহুর্তে আপনি জানেন যে 1*100 = 100 এর "seuil" দিয়ে, তাপমাত্রা X এর দিকে যায়। সুতরাং আপনি জানেন যে 100/20000 = 5% কমান্ড দিয়ে আপনি X তে পৌঁছতে পারেন। কিন্তু লক্ষ্য হল 100 তে পৌঁছানো কারণ এটি "tempCommand"। 100 (tempCommand) পৌঁছানোর জন্য একটি অনুপাত ব্যবহার করে আপনি K গণনা করতে পারেন। সতর্কতা অবলম্বন করে আমি গণনার চেয়ে একটি ছোট মান ব্যবহার করেছি। প্রকৃতপক্ষে ঠান্ডা হওয়ার চেয়ে বেশি গরম করা সহজ। তাই অবশেষে

Kfinal = K*tempCommand*0.9/X

এখন যখন আপনি কন্ট্রোলারটি শুরু করেন, এটি স্বাভাবিকভাবেই আপনার পছন্দসই তাপমাত্রার দিকে ঝুঁকতে পারে তবে এটি একটি খুব ধীর প্রক্রিয়া কারণ আপনি কেবল গরমের ক্ষতি পূরণ করেন। আপনি যদি এক তাপমাত্রা থেকে অন্য তাপমাত্রায় যেতে চান, তাহলে সিস্টেমে একটি পরিমাণ তাপ শক্তি যোগ করতে হবে। পি নির্ধারণ করে আপনি কোন হারে সিস্টেমের মধ্যে শক্তি রাখেন। P- কে একটি ছোট মান সেট করুন (উদাহরণস্বরূপ P = 10 এর জন্য)। একটি (প্রায়) ঠান্ডা শুরু করার চেষ্টা করুন। যদি আপনার কোন বড় ওভারশুট না থাকে, তাহলে ডাবল (P = 20) দিয়ে চেষ্টা করুন যদি এখন আপনার মাঝে কিছু একটা থাকে। আপনার যদি 5% ওভারশুট থাকে তবে এটি ভাল।

এখন ডি বাড়ান যতক্ষণ না আপনার কোন ওভারশুট না থাকে। (সর্বদা পরীক্ষা, আমি জানি এটি বিজ্ঞান নয়) (আমি D = 100 নিয়েছি)

তারপর যোগ করুন I = P^2/(4*D) (এটি Ziegler-Nicholts পদ্ধতির উপর ভিত্তি করে, এটি স্থিতিশীলতার গ্যারান্টি দেওয়া উচিত) (আমার জন্য I = 1)

কেন এই সব পরীক্ষা, বিজ্ঞান কেন নয়?

আমি জানি আমি জানি! একটি বিশাল তত্ত্ব আছে এবং আপনি ট্রান্সফার ফাংশন এবং জেড ট্রান্সফর্ম এবং ব্লাবলা গণনা করতে পারেন। আমি একটি একক লাফ উৎপন্ন করতে চেয়েছিলাম এবং তারপর 10 মিনিটের জন্য প্রতিক্রিয়া রেকর্ড এবং স্থানান্তর ফাংশন লিখুন এবং তারপর কি? আমি 200 পদ দিয়ে গাণিতিক করতে চাই না। তাই যদি কারও কোন ধারণা থাকে, আমি কিভাবে এটি সঠিকভাবে করতে হয় তা জানতে পেরে খুশি হব।

আমি আমার সেরা বন্ধু জিগলার এবং নিকোলসের কথাও ভেবেছিলাম। তারা আমাকে একটি পি খুঁজে বের করতে বলেছিল যা দোলন উৎপন্ন করে এবং তারপর তাদের পদ্ধতি প্রয়োগ করে। আমি এই দোলনাগুলি খুঁজে পাইনি। একমাত্র জিনিস যা আমি খুঁজে পেয়েছিলাম তা হল আকাশের কাছে একটি oooooooovershoot।

এবং কিভাবে এই সত্যকে মডেল করা যায় যে গরম করার প্রক্রিয়াটি কুলিংয়ের মতো নয়?

আমি আমার গবেষণা চালিয়ে যাব কিন্তু এখন আপনার নিয়ন্ত্রককে প্যাকেজ করুন যদি আপনি আপনার প্রাপ্ত কর্মক্ষমতা নিয়ে খুশি হন।

ধাপ 7: এটি প্যাক করুন

আমি মস্কো fablab (fablab77.ru) এবং তাদের লেজার কাটার অ্যাক্সেস পেয়েছিলাম এবং আমি কৃতজ্ঞ। এই সুযোগটি আমাকে একটি প্লাগইন দ্বারা এক ক্লিকে উৎপন্ন একটি চমৎকার প্যাকেজ তৈরি করার অনুমতি দেয়, যিনি চেয়েছিলেন মাত্রার বাক্স তৈরি করে (h = 69 l = 66 d = 42 mm)। লিডিং এবং সুইচ এবং প্রোগ্রামিং পিনের জন্য পাশে একটি স্লিটের উপরে দুটি গর্ত (ডায়াম = 5 মিমি) রয়েছে। আমি দুটি কাঠের টুকরো দিয়ে ট্রান্সফরমার এবং দুটি স্ক্রু দিয়ে পিসিবি সুরক্ষিত করেছি। আমি টার্মিনাল ব্লককে তারে এবং পিসিবিতে সোল্ডার করেছি, ট্রান্সফরমার এবং পিসিবি পাওয়ার ইনপুটের মধ্যে সুইচ যোগ করেছি, সিরিজের একটি প্রতিরোধক (300 ওহম) দিয়ে পিবিওকে নেতৃত্ব দিয়ে সংযুক্ত করেছি। আমি বৈদ্যুতিক অন্তরণ জন্য নেইল পালিশ ব্যবহার। শেষ পরীক্ষার পরে, আমি বাক্সটি আঠালো করেছি। এটাই.