• بازدید : 75 views
  • بدون نظر

این فایل در ۱۵۸صفحه قابل ویرایش تهیه شده وشامل موارد زیر است:


کنترل خودکار پيشرفت علوم مهندسي نقشي حياتي داشته است. کنترل خودکار علاوه بر نقش بسيار مهمي که در سيستمهاي فضا پيما، هدايت موشک، روباتها و سيستمهاي مشابه داشته است. بخش مهم ناگسستني از فرآيندهاي صنعتي امروزي است. کنترل خودکار در کنترل عددي ماشينهاي ابزار، طراحي هواپيماهاي بي سر نشين و طراحي اتومبيل وکاميون کاملاً ضروري است.  در فرايند صنعتي متنوعي چون کنترل فشار، دما، رطوبت، چسبندگي و جريان نيز کنترل نقشي اساسي دارد.
چون پيشرفت نظرية کنترل خودکار و کاربردهاي آن عامل دستيابي به کارايي بهينة سيستمهاي ديناميکي، ازدياد بازده، و تسهيل کارهاي تکراري دستي است، مهندسين و دانشمندان بايد درک خوبي در اين زمينه کسب کنند.
مرور تاريخي:  اولين کار برجسته در زمينة کنترل خودکار، ناظم گريز از مرکز جيمز وات، براي کنترل سرعت ماشينهاي بخار در قرن هيجدهم است. ديگر کارهاي برجسته در مراحل اولية بسط نظريه کنترل توسط مينوسکي، هازن، نايکوييست وديگران انجام شده است. در ۱۹۲۲ مينورسکي بر روي کنترل خودکار کشتيها کارکرد و نشان داد که چگونه مي توان پايداري را با توجه به معادلات ديفرانسيل توصيف کنندة  سيستم تعيين کرد. در ۱۹۳۲، نايکوييست روش نسبتاً ساده اي براي  تعيين پايداري سيستمهاي حلقه بسته، براساس پاسخ حلقه باز به وروديهاي سينوسي، ارائه کرد. در سال ۱۹۳۴ هازن، که اصطلاح سرو مکانيسم براي سيستمهاي کنترل وضعيت از ابداعات اوست. طراحي که سيستم سرومکانيسم رله اي را مورد بحث قرار داد، که مي توانست ورودي متغيري را به خوبي دنبال کند.
در دهة ۱۹۴۰ روشهاي پاسخ فرکانسي (خصوصاً روش نمودار بوده که توسط بوده ابداع شد) امکان طراحي سيستمهاي کنترل حلقه بسته اي خطي يي را فراهم کرد که شاخصهاي عملکرد را براورده مي کردند. طي سالهاي آخر دهة ۱۹۴۰ تا سالهاي اول دهة ۱۹۵۰، ايوانز روش مکان هندسي ريشه ها را به طور کامل مورد بررسي قرار داد.
روشهاي پاسخ فرکانسي و مکان هندسي ريشه ها اساس نظرية کلاسيک کنترل هستند. اينها به سيستمهاي منجر مي شوند که پايدارند و مجموعه اي از خواسته اي کم و بيش دلخواه عملکرد را برآورده مي کنند. اين سيستمها در حالت کلي قابل قبول اند، ولي به هيچ مفهومي بهينه نيستند. از اواخر دهة ۱۹۵۰ به بعد، تاکيد از طراحي سيستمي که کار قابل قبولي دارد، به طراحي سيستمي بهينه معطوف گشته است.
چون دستگاههاي چند ورودي، چند خروجي امروزي روز به روز پيچيده  تر مي شوند، توصيف يک سيستم کنترل امروزي باتعداد معادله انجام مي شود. نظرية کلاسيک کنترل که تنها به سيستمهاي يک ورودي- يک خروجي اختصاص دارد، براي تحليل اين سيستمهاي چند ورودي- چند خروجي توانايي کافي ندارد. از اواسط دهة ۱۹۶۰، به خاطر در دسترس بودن کامپيوترهاي ديجيتال، تحليل سيستمهاي پيچيده در حوزة زمان امکان پذير شده است. به همين خاطر نظرية جديد کنترل بر اساس تحليل و طراحي در حوزة زمان، با استفاده از متغيرهاي حالت پاگرفته است تا بتواند از عهدة تحليل دستگاههاي پيچيدة امروزي برآيد و سيستم کنترلي تحويل دهد که خواسته هاي مربوط به وزن، هزينه، و دقت را، که امروزه با وسواس بيشتر و تولرانس کمتر تعيين مي شوند، برآورده کند.
طي سالهاي ۱۹۴۰ تا ۱۹۸۰ تحقيقات گسترده اي در مورد کنترل بهينة سيستمهاي قطعي و اتفاقي، کنترل وفقي و يادگيرندة سيستمهاي پيچيده صورت گرفت. از ۱۹۸۰ تاکنون تحقيقات نظري کنترل حول مباحثي چون کنترل مقاوم، کنترل  , و موضوعات مرتبط با آنها دورمي زده است.
اکنون کامپيوترهاي ديجيتال به خاطر ارزاني و کوچکي در سيستمهاي کنترل بسيار به کار برده مي شوند. نظرية جديد کنترل اخيراً در کاربردهاي غير مهندسي، چون سيستمهاي زيستي، دارويي، اقتصادي و جامعه شناسي به کار برده شده است.
تعاريف. قبل از شروع بحث راجع به سيستمهاي کنترل بايد برخي اصطلاحات را تعريف کنيم.
متغير کنترل شده و متغير تاثيرگذار. متغير کنترل شده، کميت يا شرطي است که اندازه گيري و کنترل مي شود متغير تاثيرگذار کميت يا شرطي است که تغيير داده مي شود تا بر متغير تحت کنترل تاثير بگذارد. معمولاً متغير تحت کنترل خروجي سيستم است. منظور از کنترل   اندازه گيري متغير تحت کنترل و اعمال کاربرد متغير تأثيرگذار براي رساندن متغير تحت کنترل به مقدار مطلوب است.
در مطالعة مهندسي کنترل براي توصيف  سيستمهاي نيازمند تعريف اصطلاحات ديگري نيز هستيم.
دستگاه.  دستگاه مي تواند بخشي از يک وسيله، مثلاً مجموعه اي از اجزاء ماشين که يک کار انجام مي دهند، باشد. در اين کتاب هر جسم فيزيکي تحت کنترل (مثلاً يک وسيلة مکانيکي، کورة گرمايش، راکتور شيميايي، يا سفينه) دستگاه ناميده مي شود.
فرايند.   فرايند عملي طبيعي و تدريجي يا يک رشتة تغير تدريجي است که به صورتي تقريباً   معين يکي پس از ديگري انجام شده به هدفي مشخص مي انجامد، همچنين عملي مصنوعي که از يک رشته جنبشها و کارهاي کنترل شده براي سوق به هدفي مشخص صورت مي گيرد. در اين کتاب هر کاري را که بايد کنترل شود فرآيند مي ناميم.
فرايندهاي شيميايي، اقتصادي، و زيستي مثالهايي از اين فرايندها هستند.
سيستم.  سيستم ترکيبي  از اجزاست که باهم و براي انجام عملي مشخص کار مي کنند. سيستم تنها سيستم فيزيکي نيست. مفهوم سيستم را ميتوان به پديده هاي پوياي انتزاعي، مثلاً پديده هاي اقتصادي، نيز تعميم داد. بنابراين کلمة سيستم مي تواند تمام سيستمهاي فيزيکي، زيستي، اقتصادي، و غيره را شامل شود.
اغتشاش. اغتشاش سيگنالي است که در جهت تغيير شديد يک سيستم عمل مي کند. اگر اغتشاش در داخل سيستم توليد شود آن را داخلي مي ناميم، اغتشاش خارجي  در خارج سيستم توليد مي شود و يک ورودي سيستم است.
کنترل با فيدبک. منظور از کنترل با فيدبک عملي است که مي کوشد اختلاف بين خروجي سيستم ورودي مرجع را به رغم وجود اغتشاش مي نيم کند، و اين کوشش بر اساس اين اختلاف صورت مي گيرد. در اينجا تنها اغتشاشاي پيش بيني نشده مورد نظر است، زيرا اغتشاشهاي معلوم را هميشه مي توان در داخل سيستم جبران کرد.
۱-۲ نمونه هاي از سيستمهاي کنترل
 در اين بخش نمونه هايي از سيستمهاي کنترل رامعرفي مي کنيم.
سيستم کنترل سرعت.  اصول اساسي ناظم سرعت وات براي يک ماشين در شکل ۱-۱ نشان داده شده است. مقدار سوختني که به ماشين مي رسد براساس تفاضل سرعت مطلوب و سرعت واقعي ماشين تنظيم مي شود. رشته عمليات کنترلي را مي توان به صورت زير بيان کرد: 
سيستم كنترل سرعت
ناظم سرعت طوري تنظيم شده است که در سرعت مطلوب روغن تحت فشار به هيچ طرف سيلندر قدرت وارد نمي شود. اگر سرعت موتور را در اثر اغتشاش از اين حد مطوب کمتر شود، کاهش نيروي گريز از مرکز ناظم سرعت باعث کاهش شير کنترل به سمت پايين مي شود. اين حرکت باعث افزايش ورودي سوخت شده، سرعت افزايش مي يابد تا به حد مطلوب برسد. اگر سرعت موتور بيش از حد مطلوب شود، افزايش نيروي گريز از مرکز باعث بالارفتن شير کنترل شده، سوخت کمتري به ماشين مي رسد.
کاهش سوخت باعث کاهش سرعت ماشين و رسيدن آن به حد مطلوب مي شود.
در اين سيستم کنترل سرعت، دستگاه (سيستم تحت کنترل) ماشين و متغير تحت کنترل سرعت آن است. تفاضل بين سرعت مطلوب و سرعت واقعي سينگنال خطاست. سيگنال کنترل (مقدار سوخت) که به دستگاه (ماشين) اعمال مي شود، سيگنال کاراندازا است، ورودي خارجي که باعث تغيير تحت کنترل مي شود، اغتشاش است.بعنوان مثال تغيير غير منتظرة بار ماشين يک اغتشاش است.
سيستم کنترل دما.  شکل ۱-۲ نمودار کنترل درجه حرارت يک کورة الکتريکي را نشان مي دهد درجه حرارت داخل کورة الکتريکي توسط دماسنج، که وسيله اي آنالوگ است سنجيده مي شود. مبدل A/D سيگنال آنالوگ دما رابه يک سيگنال ديجيتال دما تبديل مي کند. اين سيگنال از طريق يک مدار واسطه به کنترل کننده داده مي شود. دماي ديجيتالي با دماي برنامه ريزي شده در ورودي مقايسه مي شود، ودر صورت وجود اختلاف (خطا) سيگنالي از طريق کنترل کننده به کوره، باز هم از طريق يک مدار واسطة تقويت کننده وارد مي شود و رله دما را به حد مطلوب 
مي رساند.
سيستم كنترل درجه حرارت
سيستمهاي اداري.  سيستم اداري ممکن است از گروههاي بسياري تشکيل شده باشد. هر وظية محول شده به يک گروه عنصري پويا از اين سيستم است. در چنين سيستمي بايد فيدبک به صورت گزارشگري از کارهاي محول شده به کار مي رود تا سيستم به طور مناسبي عمل کند. تداخل بي گروههاي اري بايد مي نيمم شود تا تاخيرهاي زماني نامطوب در سيستم کم شود. هر چه تداخلها کمتر شود کار روانتر صورت مي گيرد.
سيستم اداري يک سيستم حلقه بسته است. طراحي خوب، مديريت کنترلي لازم را کاهش مي دهد. اغتشاشهاي اين سيستم کمبود کارمند يا وسايل،وقفه در ارتباطات، اشتباههاي انساني و غيره است.
ايجاد يک سيستم برآورد خوب براساس آماري کاري لازمة مديريت خ وب است. (اين حقيقتي شناخته شده است که پيش افتادن کار عملکرد چنين سيستمي را بهبود مي بخشد.)
براي استفاده از نظرية کنترل براي بهبود عملکرد چنين سيستمي بايد مشخصات ديناميکي گروههاي کاري را با معادلات نسبتاً ساده اي توصيف کنيم.
گرچه تعيين نمايش رياضي گروههاي کاري مسئلة مشکلي است، ولي کاربرد روشهاي بهينه سازي در مورد سيستمهاي اداري بهبود قابل ملاحظه اي در عملکرد آنها ايجاد مي کند.

عتیقه زیرخاکی گنج