سامانه کنترل

سیستم کنترل یا سامانه کنترل به مجموعهٔ ابزار و تمهیداتی اطلاق می‌شود که به منظور کنترل نمودن و تحت مدیریت قرار دادن رفتار فرایندها و سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شرط اساسی یک سیستم کنترلی این است که باید پایدار باشد . همچنین باید علاوه بر پایداری مطلق ، پایداری نسبی قابل قبولی نیز داشته باشد . یعنی پاسخ باید بطور معقولی سریع و میرا باشد . سیستم کنترلی باید بتواند خطاها را تا صفر یا مقادیر نسبتاً کمی کاهش دهد . شرط پایداری نسبی معقول و شرط دقت در حالت ماندگار ناسازگارند . در طراحی سیستمهای کنترل باید میان این دو شرط موثرترین مصالحه را برقرار کرد .

روش طراحی سیستمهای کنترل

روش اصلی طراحی هر سیستم کنترل عملی الزاماً مبتنی بر روشهای آزمون و خطاست . ترکیب هر سیستم کنترل خطی از لحاظ نظری ممکن است . و مهندسی کنترل قادر است به روشی منظم اجزای لازم برای انجام منظوری مشخص را تعیین کند . اما در عمل ممکن است محدودیتهای مختلفی بر سر راه سیستم قرار بگیرد . و یا سیستم غیر خطی بشود . در چنین مواردی ، هیچ روش ترکیبی وجود ندارد . حتی ممکن است که مشخصه های اجزا دقیقاً معلوم نباشند . بنابراین همواره ضرورت دارد که از روشهای آزمون و خطا استفاده شود .

آنچه که در عمل با آن مواجه هستیم این است که دستگاه مشخصی وجود دارد و مهندس کنترل باید بقیه سیستم را به گونه ای طراحی کند تا کل سیستم بتواند مشخصات مفروضی را برآورده سازد . و وظیفه خاصی را انجام دهد . ویژگیهای چنین سیستمی باید بصورت ریاضی بیان شود .

مهندس کنترل در طراحی سیستمهای کنترل باید بتواند پاسخ سیستم به سیگنالها و اغتشاشات گوناگون را تعیین و تحلیل کند . معمولاً طرح اولیه سیستم رضایتبخش نیست . پس در صورت لزوم سیستم را باید دوباره طراحی و تحلیل کند . و این فرآیند را تا آنجا تکرار کند که به سیستم مطلوب دست یابد . پس از آن می تواند نمونه فیزیکی سیستم را بسازد .

طراحی سیستمهای کنترل در حوزه زمان

منظور از طراحی سیستمهای کنترل در حوزه زمان استفاده از خواص و مشخصه های حوزه زمانی سیستمی است که قرار است طراحی شود . مشخصه های حوزه زمانی یک سیستم کنترل خطی با پاسخهای گذرا و حالت مانای سیستم وقتی برخی سیگنالهای آزمون اعمال می شوند ، عرضه می شوند . بسته به اهداف طراحی ، این سیگنالهای آزمون معمولاً به صورت یک تابع پله ای یا یک تابع شیبی یا تابع های حوزه زمانی دیگر است . وقتی ورودی یک تابع پله ای است غالباً درصد فراجهش ، زمان خیز و زمان استقرار برای سنجش عملکرد سیستم به کار می روند . برای مشخص کردن پایداری نسبی سیستم به لحاظ کمی نسبت میرایی و فرکانس نامیرای طبیعی را می توان به کار برد . این کمیتها را تنها در مورد سیستم مرتبه دوم نمونه می توان دقیقاً تعریف کرد . در سیستمهای مرتبه بالاتر این کمیتها تنها وقتی معنی دارند که جفت قطبهای نظیر تابع تبدیل حلقه بسته بر پاسخ دینامیک سیستم مسلط باشند .

نظریه کنترل

نظریه نوین کنترل نسبت به نظریه کلاسیک کنترل مزایای بسیاری دارد . از نظریه نوین می توان در طراحی سیستمهای وابسته به زمان چند متغیره استفاده کرد . این نظریه ، مهندس کنترل را قادر می سازد که در ترکیب سیستمهای بهینه شرایط اولیه را به دلخواه برگزیند . و به این ترتیب تنها با جنبه های تحلیلی مسایل سر و کار داشته باشد . یکی از مزایای عمده نظریه نوین کنترل این است که برای انجام محاسبات عددی لازم می توان از کامپیوترهای رقمی استفاده کرد .

تحلیل مکان ریشه ای سیستمهای کنترل

ابتدا باید اثرهای یک صفر را بر روی شکل مکان ریشه های یک سیستم مرتبه دوم بررسی کرد . سپس به مقایسه اثرهای کنترل مشتقی و پسخورد سرعت در عملکرد سرومکانیزم وضعیتی پرداخت . سپس باید سیستم پایدار مشروط و سیستمهای ناکمینه-فاز و سرانجام تغییرات دو پارامتر سیستم را بررسی نمود .

جستارهای وابسته

• نظریه کنترل

منابع

• سیستم‌های مدرن کنترل
• مقدمه‌ای بر سیستم‌های کنترل
• نظام‌الدین فقیه, سیستم‌های کنترل ۹۶۴-۵۹۵۷-۶۰-۵:شابک
• کتاب کنترل ، تالیف کاتسو هیکو اگاتا ترجمه علی کافی چاپ مرکز نشر دانشگاهی
• کتاب سیستمهای کنترل، تالیف بنجامین کو، ترجمه علی کافی.چاپ موسسه انتشارات علمی‌دانشگاه صنعتی شریف