Section 1.3 - تهيئات الأنظمة (System Configurations) 

قبل تصميم المتحكمات، يجب أن تدرك كيف تتدفق الإشارات داخل النظام. كل تهيئة تخدم حاجة مختلفة؛ اختيار التهيئة الخاطئة قد يجعل التحكم الجيد مستحيلاً.

الحلقة المفتوحة مقابل الحلقة المغلقة 

• تعمل الأنظمة ذات الحلقة المفتوحة (Open-Loop Systems) استجابةً لأمر الإدخال فقط، وهي مناسبة عندما تكون الاضطرابات مهملة أو يمكن التنبؤ بها.
• تقيس الأنظمة ذات الحلقة المغلقة (Closed-Loop Systems) أو (Feedback Systems) المخرج وتصحح الانحرافات، ما يجعلها أكثر مقاومة للاضطرابات وأخطاء النمذجة.

flowchart LR
    subgraph Open Loop / حلقة مفتوحة
        R1[Reference / المرجع] --> C1[Controller / المتحكم] --> P1[Plant / المعدّة] --> Y1[Output / المخرج]
    end
    subgraph Closed Loop / حلقة مغلقة
        R2[Reference / المرجع] --> E[Summing Junction / نقطة الجمع]
        Y2[Output / المخرج] -->|Feedback / تغذية راجعة| E
        E --> C2[Controller / المتحكم] --> P2[Plant / المعدّة] --> Y2
    end

تحقق سريع: أي تهيئة تختارها لمحمصة الخبز، وأيها لمتحكم ارتفاع طائرة مسيّرة؟ فسّر اختيارك بناءً على الاضطرابات والدقة المطلوبة.

التحكم المتسلسل والمتعدد الحلقات 

عندما لا تفي حلقة التغذية الراجعة الواحدة بمتطلبات الأداء، يلجأ المصممون إلى تراكب الحلقات:

• يستخدم التحكم المتسلسل (Cascade Control) حلقة خارجية للتحكم في متغير بطيء وحلقة داخلية لمتغير سريع. مثال: ضبط سرعة محرك (الحلقة الداخلية) للتحكم في موضع ذراع روبوتية (الحلقة الخارجية).
• ينسّق التحكم متعدد المتغيرات (Multivariable Control) عدة حلقات متداخلة، غالباً باستخدام استراتيجيات فضاء الحالة (State-Space) أو فك الارتباط (Decoupling).

flowchart LR
    R[Position Command / أمر الموضع] --> Eo
    Eo --> Co[Outer Controller / المتحكم الخارجي] --> Rinner[Speed Setpoint / قيمة السرعة المرجعية]
    Rinner --> Ei
    Ei --> Ci[Inner Controller / المتحكم الداخلي] --> Motor[Motor & Load / المحرك والحمل]
    Motor --> Sensor[Speed Sensor / حساس السرعة]
    Sensor -->|Feedback / تغذية راجعة| Ei
    Motor --> Position[Position Sensor / حساس الموضع]
    Position -->|Feedback / تغذية راجعة| Eo

التغذية الأمامية ورفض الاضطرابات 

تصحح التغذية الراجعة الأخطاء بعد ظهورها، بينما تعمل التغذية الأمامية (Feedforward) بشكل استباقي.

• استخدم التغذية الأمامية عندما تكون الاضطرابات قابلة للقياس (مثل تعويض الجاذبية في الأذرع الروبوتية).
• اجمع بين التغذية الأمامية والتغذية الراجعة لتحقيق توازن بين الاستجابة السريعة والمتانة.

$$ u(t) = u_{\text{ff}}(t) + u_{\text{fb}}(t) $$

مهمة تصميم: تخيّل سير ناقل يتأثر بحمل دوري معروف. كيف يمكنك مزج التغذية الأمامية مع التغذية الراجعة للحفاظ على سرعة ثابتة؟

فهم هذه التهيئات يساعدك على مطابقة متطلبات النظام مع البنى القادرة فعلاً على تحقيق الأداء المطلوب.