التحكم بالنمط الانزلاقي والتحكم التناسبي التكاملي التفاضلي (PID) لتنظيم الضغط في خطوط الأنابيب الهيدروليكية تحت اضطرابات التسرب

الملخص

يفقد خط الأنابيب جزءًا من ضغطه بسبب الاحتكاك بشكل دائم، وبسبب التسرب في بعض الأحيان. تعرض هذه الدراسة نموذجًا غير خطي ذا معاملات مُجمَّعة لخط أنابيب هيدروليكي بطول 1000 متر، يأخذ في الحسبان ديناميكية الزخم، والاحتكاك وفق معادلة دارسي-فايسباخ، واضطراب تسرب من نوع الفتحة (Orifice)، وفقد ضغط غير خطي عبر الصمام، وتأخرًا زمنيًا من الدرجة الأولى للمشغل (Actuator). يُستخدم النموذج لتصميم ومقارنة استراتيجيتين لتنظيم الضغط: متحكم PID بمشتقة سببية (Causal)، ومتحكم بالنمط الانزلاقي يستند إلى سطح انزلاق تكاملي مُصاغ حول نقطة توازن مُخطَّطة خطيًا. المتغير المتحكَّم فيه هو الضغط مباشرة قبل صمام التنظيم، بقيمة مرغوبة تبلغ 3 بار. جرى تقييم كلا المتحكمين مقابل حالة مرجعية غير متحكم فيها (صمام ثابت) ضمن سيناريو محاكاة مدته 350 ثانية يتضمن فترة بدء تشغيل، وفترة تسرب نشط مدتها 100 ثانية، وفترة تعافٍ بعد انتهاء التسرب. أظهرت النتائج أن كلا المتحكمين يحافظان على الضغط قريبًا من قيمته المستهدفة أثناء حدث التسرب، ويقللان متوسط خطأ الضغط المطلق بنسبة تزيد على 95% مقارنة بالحالة غير المتحكم فيها. ويوفر المتحكم PID تعافيًا أسرع نسبيًا بعد إزالة التسرب، في حين يُنتج المتحكم بالنمط الانزلاقي حركة أكثر سلاسة للصمام مع تحقيق رفض اضطراب مماثل. تُظهر هذه النتائج الإمكانات التي يوفرها التحكم بالنمط الانزلاقي في تحسين تنظيم الضغط ومتانة النظام في أنابيب الهيدروليك المعرضة لاضطرابات التسرب.