کتاب مقدمه ای بر کنترل مدرن

مهندسان کنترل غالباً به دنبال طراحی سیستمی هستند که رفتار خروجی سیستم به صورت خودکار از رفتار مطلوبی پیروی کند. در بسیاری از سیستمها و فرآیندهای صنعتی خروجی سیستم می بایست بر روی مقدار مطلوب ثابتی تنظیم شود مثالهایی نظیر کنترل درجه حرارت یک اتاق ثابت نگهداشتن فرکانس برق تولیدی در یک نیروگاه کنترل ضخامت کاغذ تولیدی در یک کارخانه مطابق استاندارد و تنظیم درجه حرارت بدن انسان بر روی مقدار مطلوب ۳۷ درجه نمونه هایی از این نوع کاربرد میباشند. این هدف کنترلی را تنظیم و سیستم های کنترلی که این هدف را را پیگیری مینمایند تنظیم کننده مینامند. از سوی دیگر در برخی دیگر از کاربردهای کنترلی خروجی سیستم میبایست رفتار مطلوب تابعی از زمان را ردیابی نماید. مثال هایی نظیر یک رادار ردیاب جستجوگر یک هواپیما کنترل توزیع حرارتی خاص در یک کوره در فرآیند تنش زدایی فولاد و یا کنترل حرکت یک بازوی رباتیک از این دسته میباشند. این هدف کنترلی را ردیابی می نامند. روشن است که رسیدن به اهداف ردیابی نسبت به اهداف تنظیم چالش برانگیزتر است چرا که رفتار مطلوب خروجی سیستم در حالت ردیابی با زمان تغییر میکند اما به لحاظ ریاضی با تعریف متغیر خطا بر مبنای اختلاف مقدار واقعی خروجی از مقدار مطلوب و هدف قرار دادن کاهش خطا تا حد ممکن میتوان این دو هدف را به فرم ریاضی به صورت مشابهی تعبیر نمود [۵]

با اینکه عمومی ترین و مهمترین هدفی که در سیستمهای کنترل خودکار دنبال میشود تنظیم یا ردیابی است. اما این هدف بایستی در کنار اهداف مهم دیگری تعقیب گردد. پایداری سیستم کنترلی یکی دیگر از اهداف مهم به شمار می رود. در صورتی که پایداری یک سیستم کنترل تضعیف شود اندازه خروجیهای سیستم یا متغیرهای تاثیر گذار دیگر در سیستم به شدت رشد خواهد نمود و طبیعی است که در این حالت رسیدن به ردیابی مناسب امکان پذیر نخواهد بود. پایداری در سیستهای کنترلی از ردیابی نیز مهم تر است و به عنوان شرط لازم در طراحی مد نظر قرار میگیرد چرا که ناپایداری تهدیدی برای سلامت سیستم و کاربرانی که با آن در تعاملند محسوب می شود.

در کنار اهداف پایداری و ردیابی در سیستمها اهداف دیگری نیز مد نظر قرار میگیرند با توجه به اینکه در بسیاری از سیستمهای کنترلی از ساختار پسخور واحد مطابق شکل ۱۰۱ استفاده میشود و این ساختار مبنای طراحی کنترل در این کتاب نیز میباشد 

دقت کنید که تنها درصد کوچکی بهبود کیفیت و کاهش قیمت در محصولی که به صورت پیوسته تولید می شود در بهره وری آن نقش بسیار مهمی ایفا میکند از طرف دیگر افزایش ظرفیت تولید به نسبت سرمایه گذاری انجام شده بهره وری دیگر اقتصادی آنست.

امنیت کاربر نیز دلیل دیگر استفاده از سیستمهای کنترل میباشد هواپیما تنها توسط سیستم های کنترل و امنیتی دقیق قادر به فرود در حداقل دید میباشد یک نیروگاه هسته ای تنها در صورت وجود سیستم های کنترل و امنیتی دقیق قادر به تولید انرژی به صورت کامل ایمن خواهد بود. بسیاری از سیستم ها دارای محدوده های کوچک خطی در عملکرد میباشند که تنها توسط سیستمهای کنترل به صورت خودکار در محدوده ایمن کار خواهند نمود. مسئله آخر که در اینجا میتوان به آن اشاره نمود درجه اطمینان بیشتر در محصولات تولیدی است که توسط سیستمهای کنترل تنظیم میشوند. سیستمهای کنترل تغییرات سریع کمیت های فیزیکی در سیستم های کنترل شده را به حداقل می رسانند موضوعی که به صورت طبیعی باعث افزایش قابلیت اطمینان سیستم می شود.

۲۰۱ عناصر فیزیکی سیستمهای کنترل

شکل زیر عناصر فیزیکی یک سیستم کنترل را به صورت عمومی نشان میدهد. فرآیند، به موضوعی که تحت کنترل قرار گرفته است اطلاق میشود در این صورت یک هواپیما نیز میتواند فرآیند تحت کنترل نامیده شود. فرآیند دارای متغیرهای خروجی میباشد که برخی از آنها تحت کنترل قرار دارند معمولا این کمیت ها توسط حساسه ها یا حسگرها اندازه گیری میشوند یک حساسه معمولاً یک مبدل میباشد که توسط آن کمیت فیزیکی مورد نظر به صورت تناسبی به کمیت فیزیکی دیگری معمولاً (الکتریکی تبدیل می شود تاکومتر شتاب سنج ترموکوپل کرنش سنج و اندازه گیر PH از جمله این مبدل ها می باشد.

این کتاب برای استفاده دو طیف از مخاطبان تدوین شده است. از یک طرف این کتاب به عنوان مرجع درسی دانشگاهی میتواند مورد استفاده دانشجویان مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد قرار گیرد. هرچند که این کتاب نیاز به کتاب هایی که در بخش مراجع معرفی شده اند را مرتفع نمی سازد. اما می تواند به عنوان راهنمای کاملی مورد استفاده دانشجویان و استادان ارجمند قرار گیرد. طیف دیگر از مخاطبان این کتاب را کارشناسان محترمی تشکیل می دهند که در صنایع کشور مشغول به فعالیت بوده و علاقه مند به استفاده از روشهای طراحی کنترل مدرن در کاربردهای مورد نظر خود میباشند. به منظور استفاده ی این عزیزان سعی شده است کلیه روشها با مثالهای صنعتی و برنامه های آماده شده پیگیری شود و امید است این کتاب به عنوان یک مرجع فارسی مناسب در این زمینه راهگشای دانشجویان و کارشناسان صنعتی باشد