مثال على نظام التحكم المفتوح | شرح تطبيقي وفني

تبحث عن مثال على نظام التحكم المفتوح لفهم الفكرة عمليًا؟ في هذا المقال نعرض تعريفًا مُبسّطًا، أمثلة عملية (غسّالة مؤقتة، سخان كهربائي بتوقيت، نظام ري بتوقيت ثابت)، مخططًا مبسّطًا لكل مثال، جدول مقارنة بين الأنظمة المفتوحة والمغلقة، ومتى تختار كل نوع. 

ما هو نظام التحكم المفتوح؟

نظام التحكم المفتوح (Open‑loop control system) هو نظام يولد إشارة تحكم إلى المُنفّذ بناءً على مدخلات أو جدول زمني دون قياس مباشر للمخرج أو استخدام تغذية راجعة لتصحيح الخطأ. بعبارة أخرى: لا يقيس النظام الناتج أو لا يُعدّل دخوله تلقائيًا استنادًا إلى الخرج.

أمثلة عملية — مثال على نظام التحكم المفتوح

مثال 1 — سخان كهربائي بتوقيت

وصف: تشغيل السخان لمدة زمنية محددة (مثلاً 30 دقيقة) دون قياس درجة الحرارة الفعلية للغرفة. إذا تغيرت ظروف الغرفة (حرارة خارجية) لن يقوم النظام بتعديل الوقت أو الطاقة.

مدخل: أمر تشغيل لمدة 30 دقيقة → وحدة التحكم (تايمر) → إخراج: تيار إلى عنصر التسخين → تأثير: ارتفاع حراري (غير مقاس تلقائياً)

مثال 2 — غسالة تشغيل آلي زمنية (برنامج ثابت)

وصف: دورة غسيل محددة مسبقًا (غسيل، شطف، عصر) تعمل وفق توقيتات وبرمجيات دون قياس جودة النظافة أو وزن الحمولة لتعديل المدة.

مثال 3 — نظام ري بتوقيت ثابت (Irrigation Timer)

وصف: صمام يفتح كل يوم في وقت محدد لمدة 15 دقيقة لري الحديقة — لا يوجد قياس لرطوبة التربة في الحلقة.

مخطط كتلة مبسّط (Block Diagram) — كيف يبدو مثال على نظام التحكم المفتوح؟

المخطط التالي يوضّح بنية عامة لنظام مفتوح:

 [مدخل/إعدادات] ---> [وحدة تحكم (بدون حساس قياس)] ---> [محوّل/مُنفّذ] ---> [عملية/مخرَج]
   (مثال: وقت تشغيل)       (مثال: تايمر)               (مثال: صمام/سخان)      (مثال: درجة حرارة، ملوحة، رطوبة)

هذا المخطط ينطبق على الأمثلة السابقة — لاحظ غياب حلقة التغذية الراجعة (Feedback).

مزايا وعيوب نظام التحكم المفتوح

البند	مزايا	عيوب
التصميم	بسيط، سهل التنفيذ، تكلفة منخفضة	غير قادر على تصحيح الأخطاء أو التغيرات الخارجية
الاعتمادية	قليل مكونات، أقل صيانة	يعتمد على ثبات الظروف؛ أي انحراف يؤثر على الأداء
الدقة	كافية لتطبيقات أقل دقة	لا يناسب التطبيقات التي تتطلب ضبطًا دقيقًا ومتغيرًا

متى تستخدم نظامًا مفتوحًا؟

• عندما تكون الظروف متوقعة ومستقرة.
• حين تكون الدقة غير حرجة (مثلاً تشغيل أنوار زمنية، تشغيل آلات وفق جدول ثابت).
• عند قيود التكلفة أو البساطة مطلوبة (أجهزة استهلاكية منخفضة التكلفة).

خطوات تصميم نموذج بسيط — مثال عملي: نظام ري مفتوح

1. حدد المتطلبات: وقت البدء، مدة التشغيل، عدد الصمامات.
2. اختر وحدة تحكم (تايمر رقمي أو لوحة متحكم بسيط مثل Arduino لبرمجة التوقيت).
3. صمم دائرة التشغيل: وحدة تحكم → مرحل (Relay) → صمام كهربائي.
4. اختبر السيناريو في ظروف مختلفة لمعرفة حدود الأداء (مثلاً بعد هطول أمطار وظيفة الري قد تكون غير لازمة).

ملاحظة تقنية (تحويل إلى نظام مغلق لاحقًا)

لو أردت ترقية النظام لاحقًا إلى نظام تحكم مغلق: أضف حساس رطوبة للتربة، واجعل وحدة التحكم تقرأ الحسّاس وتقرر فتح الصمام بناءً على عتبة رطوبة (هنا تدخل التغذية الراجعة).

// مثال pseudocode بسيط (نظام ري مفتوح → مغلق لاحقًا)
if (mode == "open-loop") {
  every day at 06:00 open_valve(duration = 15min);
} else if (mode == "closed-loop") {
  if (soil_moisture < threshold) open_valve(until soil_moisture >= threshold);
}

مقارنة سريعة: متى تختار مفتوحًا أو مغلقًا؟

العامل	نظام مفتوح	نظام مغلق
تكلفة البداية	منخفضة	أعلى (حساسات، تحكم دقيق)
التعقيد	بسيط	أكثر تعقيدًا (تصميم حلقة، استقرار)
التحسّن التلقائي	لا يوجد	يتكيّف مع الاضطرابات والتغيّر

الأسئلة الشائعة (FAQ)

هل كل الأنظمة البسيطة نظام مفتوح؟

ليس بالضرورة — بعض الأنظمة البسيطة قد تحتوي على شكليات تغذية راجعة بسيطة. التعريف الحاسم هو وجود قياس للمخرَج وإعادة استخدامه لتعديل الإدخال تلقائيًا.

هل يمكن أن يتسبب النظام المفتوح بمشاكل أمان؟

قد يؤدي الاعتماد على نظام مفتوح في تطبيقات حرجة (كالمحركات الصناعية أو نظم التحكم في الضغط) إلى أخطاء خطيرة عند حدوث اضطرابات مفاجئة؛ لذا في التطبيقات الحرجة يُفضل دائمًا نظام حلقات مغلقة مع إجراءات حماية.

ما أمثلة صناعية على الأنظمة المفتوحة؟

تايمرات الإضاءة، أفران ذات مهلة زمنية ثابتة، مضخات تعمل ببرمجة زمنية دون قياس خرج— كلها أمثلة عملية.

مصادر ومراجع موثوقة (قابلة للاستبدال بروابط أكاديمية)

• Wikipedia — Control system (عام)
• Wikipedia — Open-loop control
• كتب مرجعية مقترحة: "Modern Control Engineering" (K. Ogata) — للقراءة المتعمقة (استشهد حسب الحاجة)

تعديل المقال