کتاب طراحی کنترل کننده های خطی

تعریف مسئله طراحی کنترل کننده

دنبال کردن دستور و ازبین بردن اغتشاش

طراحی کنترل کننده های خطی عنوان کتابی است از محمدعلی معصوم نیا که در 402 صفحه و توسط انتشارات دانشگاه صنعتی شریف، موسسه انتشارات علمی در سال 1394 به چاپ رسیده است. موضوع اصلی این کتاب سیستم های کنترل خطی است. از محمدعلی معصوم نیا، کتاب : کنترل مدرن، تئوری و کاربرد(دانشگاه صنعتی شریف، موسسه انتشارات علمی) در این کتاب مسئلۀ طراحی کنترل کننده های خطی تعریف می شود و با ذکر مثال های متعدد، روش های کلاسیک طراحی کننده برای سیستم های تک ورودی تک خروجی خطی معرفی می گردد. از همان ابتدا فرض می شود که خواننده با اصول تجزیه و تحلیل سیستم های خطی در حوزۀ زمان و فرکانس و روش هایی همانند؛ مکان ریشه ها، دیاگرام بود، دیاگرام نایکوئیست، مفاهیم پایداری و جدول راوت آشنایی کامل دارد. هدف اصلی در این کتاب به کارگیری این روش ها و مفاهیم در طراحی سیستم های کنترلی حلقه بسته خواهد بود. این بخش مهمی از آموزش کنترل است که متاسفانه در درس کنترل خطی دورۀ کارشناسی به اندازۀ کافی بر روی آن تاکید نمی شود لذا با تلفیق مطالب ارائه شده در این کتاب با مفاهیم اولیۀ تجزیه و تحلیل سیستم ها می توان زمینۀ لازم برای طراحی کنترل کننده در دامنۀ زمان و فرکانس را در دانشجویان دورۀ کارشناسی گرایش های مختلف مهندسی از قبیل : مهندسی برق، مکانیک، هوا- فضا، شیمی و مهندسی پزشکی به وجود آورد. کتاب دربرگیرنده 10 فصل با عناوین ذیل است. فصل اول؛ مقدمه فصل دوم؛ تعریف مسأله طراحی کنترل کننده فصل سوم؛ دنبال کردن دستور و ازبین بردن اغتشاش فصل چهارم؛ پاسخ فرکانسی یک سیستم کنترلی “خوب” فصل پنجم؛ تقلیل درجه سیستم های خطی و قطب های موثر فصل ششم؛ طراحی کنترل کننده در حوزه فرکانس فصل هفتم؛ طراحی کنترل کننده براساس محل قطب ها فصل هشتم؛ کنترل کننده های پی-آی-دی فصل نهم؛ نکاتی چند درباره کنترل کننده ها فصل دهم؛ هدایت سه نقطه ای چند مثال، شبیه سازی و آشنایی با دستورهای MATLAB نیز به صورت پیوست در بخش پایانی کتاب قراردارد. درباره راهیان ارشد : با توجه به نکات یاد شده پیش بینی می شد که راهیان کنکور کارشناسی ارشد با مطالعه این مجموعه ضمن صرفه جویی در وقت برای تهیه منابع معتبر با مفاهیم و نکات ضروری مفیدی آشنا شوند. سری کتاب های آمادگی برای کنکور کارشناسی ارشد در بیش از ۳۰۰جلد حاصل تلاش فراوان دقت نظر و انتقال دانش تجربه بیش از یکصد نفر از نیروهای جوان و متخصص با تحصیلات عالی دانشگاهی از دانشگاه های معتبر می باشد. بدیهی ست هیچ کتابی خالی از اشکال و کاستی نیست. لذا از تمامی خوانندگان محترم صمیمیانه تقاضا داریم انتقادات و پیشنهادات خود را به سایت راهیان ارشد ارائه دهند تا در چاپ های بعدی مورد توجه قرار گیرد.

در این کتاب با ذکر مثالهای متعدد روشهای طراحی کنترل کننده برای سیستم های تک ورودی تک خروجی خطی را معرفی خواهیم کرد البته از همان ابتدا فرض میکنیم که خواننده با اصول تجزیه و تحلیل سیستمهای خطی در حوزه زمان و فرکانس و روشهایی مانند مکان ریشه ها دیاگرام بود دیاگرام نایکوئیست مفاهیم پایداری و جدول راوت آشنایی کامل دارد و هدف اصلی ما به کارگیری این روشها و مفاهیم در طراحی سیستم های کنترلی خواهد بود این بخش مهمی از آموزش کنترل میباشد که متأسفانه در اکثر کتابهای موجود به زبان فارسی مورد توجه قرار نگرفته است و در درس کنترل خطی دوره کارشناسی نیز عموماً به اندازه کافی بر روی آن تأکید نمی شود.

لذا با تلفیق مطالب ارائه شده در این کتاب با مفاهیم اولیه سیگنال و سیستم [۲۵] و روشهای بنیادی تجزیه و تحلیل سیستمهای کنترل که در کتب پایه کنترل خطی همانند [۷] [۸] [۹]، [۱۲]، [۱۶]، [۲۲] و [۲۳] ارائه میشود میتوان زمینه لازم برای طراحی کنترل کننده در دامنه زمان و فرکانس را در دانشجویان دوره کارشناسی گرایشهای مختلف مهندسی از قبیل مهندسی برق مکانیک هوا فضا شیمی و مهندسی پزشکی به وجود آورد. با این دیدگاه مطالب فصلهای ۱ تا ۷ و فصل ۱۰ این کتاب به همراه اصول اولیه کنترل سسیستم های خطی به دفعات برای ارائه درس کنترل خطی در مقطع کارشناسی مهندسی برق در دانشگاه صنعتی شریف به کار گرفته شده است. از مطالب فصول دیگر و پیوست ها نیز می توان برای تدریس درس کنترل صنعتی استفاده کرد.

محاسبات و شبیه سازیهای مربوط به مثالهای جمع آوری شده در این کتاب به وسیله نرم افزار MATLAB انجام شده اند و خروجیهای نمایش داده شده نیز به وسیله این نرم افزار رسم شده اند.

 لازم به ذکر است که کنترل کننده های پی آی دی دارای کاربردهای فراوانی در فرآیندهای صنعتی و شیمیایی میباشند و از این رو آشنایی با این نوع کنترل کننده ها برای مهندسین کنترل الزامی است. البته همان گونه که خواهید دید اساس این گونه کنترل کننده ها همانند جبران کننده های پیش فاز پس فاز و پیش فاز پس فاز می باشد.

در فصل نهم نکاتی چند درباره کنترل کننده ها ذکر خواهیم کرد به طور مثال در این فصل درباره کنترل کننده های مبتنی بر مدل توضیحاتی ارائه میکنیم و مجموعه تمامی کنترل کننده هایی را که تحت فیدبک یک سیستم داده شده را پایدار میکنند مورد بررسی قرار خواهیم داد. به علاوه اثر صفر و قطب سمت راست سیستم حلقه باز را بر روی کارآیی سیستم حلقه بسته مورد بررسی ویژه قرار خواهیم داد و درباره نکات عملی طراحی سیستمهای کنترلی با استفاده از پسخور غیر واحد و پیشخور مطالبی ارائه خواهیم کرد.

در فصل دهم نیز مسأله موشک ضدتانک را با جزئیات بیشتر مورد بررسی قرار میدهیم و با استفاده از روشهای ارائه شده در این کتاب کنترل کننده قانون هدایت مناسبی برای مسألة هدایت موشک ضدتانک طراحی خواهیم کرد و سپس به تجزیه و تحلیل رفتار کنترل کننده طراحی شده خواهیم پرداخت در پیوست (الف) به تشریح چند مثال مختلف از شاخه های مختلف مهندسی خواهیم پرداخت. این مثالها به ترتیب درباره کنترل سرعت خودرو کنترل ارتفاع مایع مخزن کنترل دامنه یک سیگنال سینوسی کنترل زاویه چرخ یک موشک ایجاد نوسان در سیستم کنترل مردمک چشم و ادغام اطلاعات فشار سنج با اطلاعات ارتفاع در سیستم های تعیین موقعیت اینرسی خواهند بود در این پیوست مسأله های مذکور به دقت مدل خواهند شد و دیاگرام بلوکی آنها رسم میشود همچنین برای آشنایی بیشتر خواننده با مفاهیم این کتاب از وی خواسته شده است تا کنترل کننده مناسبی برای هر یک از آنها با خواسته های مشخص طراحی نماید. در پیوست (ب) توضیحاتی اجمالی درباره شبیه سازی نرم افزاری و سخت افزار در حلقه سیستم های دینامیکی ارائه میکنیم لازم به ذکر است که موضوع شبیه سازی بسیار گسترده میباشد و در این پیوست فقط به اصول اولیه آن اشاره کوتاهی خواهیم کرد و به تشریح چگونگی انجام یک شبیه سازی سخت افزار در حلقه اولیه خواهیم پرداخت. به علاوه در این پیوست درباره مدل سازی فرآیندهای اتفاقی و نویز اندازه گیری نیز توضیحات اجمالی ارائه خواهیم کرد.