مبانی کنترل
تاریخچه
تلاش اولیه بشر برای درک زمان و تعیین موقعیت خود در شبانه روز از اولین گامها در طراحی سیستمهای کنترل است که به ساخت ساعتهای آبی منجر گردید. اولین ساعتهای آبی توسط یونانیها و مصریان در حدود ۲۷۰ سال قبل از میلاد مسیح ساخته شد و تا قرن هفدهم میلادی نیز کاربرد داشت. در همان دوران سیستمهای کنترل سطح روغن چراغها نیز طراحی شد. با وقوع انقلاب صنعتی در اروپا کوره‌ها، بویلرها، موتورهای بخار پیشرفته و رگولاتورهای شناور طراحی شد که امکان کنترل آنها توسط سیستمهای ساده امکان پذیر نبود لذا سیستمهای کنترل پیشرفته تری پس از انقلاب صنعتی طراحی شدند. کنترل آسیاب‌های بادی که برای اولین بار توسط ایرانیان در قرن هفتم میلادی ساخته شدند گام مهمی در پیاده سازی کنترل خودکار به حساب می‌آید. این آسیاب‌ها در سال ۱۲۰۰ میلادی وارد اروپا شدند و تا سال ۱۶۰۰ میلادی مورد استفاده قرار گرفتند. در این آسیاب‌ها دو نوع سیستم کنترل وجود داشت؛ یکی کنترل جهت قرارگیری آسیاب به طوری که بتواند از حداکثر نیروی باد استفاده کند و دیگری کنترل میزان گندم وارده به درون آسیاب. هر دوی این سیستمها به صورت کاملا خودکار عمل کرده و نیاز به حضور هیچ کارگری نبود.
ابزار دقیق رشته‌ای میان رشته‌ای است که با اندازه گیری کمیت‌های فیزیکی و کنترل آنها سرو کار دارد. این رشته زیر شاخه مهندسی کنترل می‌باشد که نسبت به خود رشته کنترل دارای جنبه‌های عملی بیشتری است و جذابیت بیشتری برای کار ایجاد می‌کند.
این گرایش بطور گسترده به طراحی و کنترل سیستمهای صنعتی میپردازد.سنسورها، دستگاه های اندازه گیری و کنترل کننده های نوین نقش بسیار پر اهمیتی در این گرایش دارند. این گرایش در مقایسه با دیگر گرایش های مهندسی برق بیشتر عملی بوده و از بازار کار بهتری برخوردار است.
کنترل دیجیتال
کنترل دیجیتال شاخه‌ای از علم کنترل است که از کامپیوترهای دیجیتال بهره می‌گیرد. از آنجایی که داده‌های مورد استفاده در کامپیوترهای دیجیتال گسسته می‌باشند، در کنترل دیجیتال به جای تبدیل لاپلاس از تبدیل زد استفاده می‌شود.
اجزای کنترلر دیجیتال
یک کنترلر دیجیتال معمولاً از اجزای زیر تشکیل شده است:
• مبدل آنالوگ به دیجیتال: برای دریافت سیگنال آنالوگ و تبدیل آن به سیگنال دیجیتال قابل استفاده برای کامپیوتر
• برنامه کنترلر: برنامه‌ای که برای ورودی، خروجی مناسب را محاسبه می‌کند.
• مبدل آنالوگ به دیجیتال: برای تبدیل خروجی برنامه به سیگنال آنالوگ.
پایداری
پایدار بودن کنترلر آنالوگ الزاماً به معنای پایدار بودن کنترلر دیجیتال متناظر نیست، بلکه ممکن است به علت پایین بودن فرکانس نمونه‌برداری کنترلر دیجیتال ناپایدار شود. با بالا رفتن فرکانس نمونه‌برداری رفتار کنترلر دیجیتال به رفتار کنترلر آنالوگ متناظر نزدیک می‌شود.
کنترل غیر خطی
کنترل غیر خطی کنترل یکی از زمینه‌های مهندسی کنترل است که با سیستمهای غیر خطی متغیر با زمان یا هر دو سر و کار دارد. بسیاری از تحلیل‌ها و تکنیک‌های طراحی برای سیستمهای LTI وجود دارد اما کنترلر یا سیستم تحت کنترل یا هر دوی آنها در حالت کلی سیستمهای کترلی غیر LTI می‌باشندو تکنیک‌های کنترل خطی را نمی‌توان به صورت مستقیم به آنها اعمال کرد موضوع اصلی کنترل غیر خطی آن است که به چه ترتیب می‌توان تکنیک‌های کنترل خطی را در مورد سیستمهای غیر خطی به کار برد همچنین از روشهای کنترلی جدیدی می‌توان استفاده کرد که با تحلیل خطی نمی‌توان به آنها رسید. کنرلرهای غیر خطی ویژگی‌های جالب تری نسبت به یک کنترلر خطی دارند مانند افزایش سرعت، کاهش انرژی و نیز کابرد ساده تر آنها. اما کنترلرهای غیر خطی نیازمند تحلیل‌های ریاضی پیچیده تری هستند
کنترل چندمتغیره
کنترل چندمتغیره شاخه‌ای از مهندسی کنترل می‌باشد که بررسی و کنترل سیستمهایی میپردازد که بیش از یک متغیر ورودی و خروجی دارند. روشهای به کار رفته برای تحلیل و کنترل این سیستمها تعمیمی از روشهای موجود در کنترل خطی و کنترل مدرن می‌باشد. بطور کلی می‌توان کنترل سیستمهای چند متغیره را به دو گروه کنترل متمرکز و کنترل غیر متمرکز تقسیم بندی کرد. در روش کنترل متمرکز که اکثرا بر پایه استفاده از روشهای فضای حالت می‌باشد یک کنترل کننده مرکزی تمام متغیرهای سیستم را کنترل کرده و به همین دلیل از پیچیدگی زیادی برخوردار می‌باشد. در روش کنترل غیرمتمرکز از چندین کنترل کننده مجزا برای کنترل متغیرهای سیستم استفاده می‌شود.
کنترل‌گر (نظریه کنترل)
در تئوری کنترل کنترل‌گرها (Controller ) به ابزاری اطلاق می‌شود که به دیده‌بانی شرایط و حالات عملیاتی یک سیستم دینامیکی داده شده بپردازد، و از عهدهٔ اعمال تأثیرات و تغییرات حساب‌شده در آنها برآید.
بازخورد
بازخورد یا فیدبک، نوعی برگشت پیام ارتباطی است که در آن، گیرنده به طور عامدانه یا غیرعامدانه به پیام فرستنده واکنش نشان می‌دهد. این پیام‌ها، به فرستنده امکان می‌دهند تا وضعیت ارتباطی خود را با مخاطبانش ارزیابی کند. نظام‌های سالم ارتباطی، بازخورد را غنیمتی برای اصلاح خود قلمداد می‌کنند.
کاربرد فیدبک
فیدبک به مفهوم 'بازگرداندن بخشی از خرپجی یک سیستم و ترکیب آن با ورودی به منظور کنترل خروجی' می‌باشد . فیدبک در بسیاری از سیستمها، از جمله در سیستمهای مکانیکی، الکتریکی، بییو لوژیکی ُ حرارتی و برودتی کاربرد دارد. مثلا، استفاده از فیدبک در ماشین بخار به قرن نوزدهم میلادی برمی گردد و به کارگیری فیدبک در سیستمهای حرارتی و برودتی با نصب ترموستات، امروزه بسیار متداول است. همچنین در بدن انسان، فیدبک نقش عمده ای در تنظیم دما و کنترل ترشح داخلی غدد ایفا می کند.
فیدبک در الکترونیک
مزایای فیدبک منفی
• کاهش حساسیت
• کاهش اعوجاج
• کاهش اغتشاش
• افزایش پهنای باند
انواع فیدبک منفی
• فیدبک ولتاژ-سری
• فیدبک ولتاژ-موازی
• فیدبک جریان-موازی
• فیدبک جریان-سری
با سلام خدمت دوستان گرامی