التحكم في سرعة محرك تيار مستمر ذي علبة تروس باستخدام PID ثابت مقابل PID ضبابي ذاتي الضبط: التعريف التجريبي وتقييم المتانة

الملخص

يُعد التحكم التناسبي-التكاملي-التفاضلي (PID) ذو المعاملات الثابتة خياراً جذاباً لمحركات التيار المستمر منخفضة التكلفة، إلا أن أداءه قد يتدهور عند تغير الحمل أو معاملات المنظومة عن شروط الضبط. تقارن هذه الدراسة بين متحكم PID ثابت ومتحكم PID ضبابي ذاتي الضبط من نوع Sugeno من الرتبة الصفرية لتنظيم سرعة محرك JGA25-370 بجهد 12 فولت وعلبة تروس. استُخدم Arduino Uno مع مشغل L298N ومشفّر Hall للحصول على استجابة خطوة في الحلقة المفتوحة بزمن أخذ عينات 100 ms. أسفرت عملية تعريف تعتمد على خطأ الخرج مع مراعاة المرشح عن النموذج من الدرجة الأولى G(s)=10.8826/(0.024254s+1) rpm/V، بخطأ ملاءمة RMS مقداره 0.1553 rpm ومعامل تحديد R²=0.999938. تم تقييم المتحكمين في MATLAB/Simulink تحت افتراضات متماثلة لأخذ العينات والتكميم والترشيح والتشبع ومنع التكامل الزائد. عند 100 rpm حقق المتحكمان زمن صعود 0.4 s، بينما استقر PID الثابت في 0.6 s مقابل 0.8 s للمتحكم الضبابي وحقق مؤشرات خطأ تكاملية أقل. تحت اضطراب مكافئ مقداره 2 V خفّض الضبط الضبابي أقصى انحراف في السرعة بنسبة 26.88% وزمن الاستعادة بنسبة 40% وIAE بعد الحدث بنسبة 51.57%. وتحت تغير المعلمات بلغت التخفيضات المناظرة 28.32% و40% و49.63%. وعبر 500 تجربة Monte Carlo مقترنة انخفض متوسط ITAE وزمن الاستقرار بنسبة 17.94% و13.54% على التوالي، مع زيادة التغير الكلي لإشارة التحكم بمقدار 6.68 مرة. تدعم النتائج استخدام الضبط الضبابي الذاتي كوسيلة لتعزيز المتانة، وليس بديلاً عاماً عن PID ثابت مضبوط جيداً.