تحقیق معرفی سیستمهای کنترل

تحقیق معرفی سیستمهای کنترل

1 مقدمه:
کنترل خودکار پیشرفت علوم مهندسی نقشی حیاتی داشته است. کنترل خودکار علاوه بر نقش بسیار مهمی که در سیستمهای فضا پیما، هدایت موشک، روباتها و سیستمهای مشابه داشته است. بخش مهم ناگسستنی از فرآیندهای صنعتی امروزی است. کنترل خودکار در کنترل عددی ماشینهای ابزار، طراحی هواپیماهای بی سر نشین و طراحی اتومبیل وکامیون کاملاً ضروری است. در فرایند صنعتی متنوعی چون کنترل فشار، دما، رطوبت، چسبندگی و جریان نیز کنترل نقشی اساسی دارد.
چون پیشرفت نظریة کنترل خودکار و کاربردهای آن عامل دستیابی به کارایی بهینة سیستمهای دینامیکی، ازدیاد بازده، و تسهیل کارهای تکراری دستی است، مهندسین و دانشمندان باید درک خوبی در این زمینه کسب کنند.
مرور تاریخی: اولین کار برجسته در زمینة کنترل خودکار، ناظم گریز از مرکز جیمز وات، برای کنترل سرعت ماشینهای بخار در قرن هیجدهم است. دیگر کارهای برجسته در مراحل اولیة بسط نظریه کنترل توسط مینوسکی، هازن، نایکوییست ودیگران انجام شده است. در 1922 مینورسکی بر روی کنترل خودکار کشتیها کارکرد و نشان داد که چگونه می توان پایداری را با توجه به معادلات دیفرانسیل توصیف کنندة سیستم تعیین کرد. در 1932، نایکوییست روش نسبتاً ساده ای برای تعیین پایداری سیستمهای حلقه بسته، براساس پاسخ حلقه باز به ورودیهای سینوسی، ارائه کرد. در سال 1934 هازن، که اصطلاح سرو مکانیسم برای سیستمهای کنترل وضعیت از ابداعات اوست. طراحی که سیستم سرومکانیسم رله ای را مورد بحث قرار داد، که می توانست ورودی متغیری را به خوبی دنبال کند.
در دهة 1940 روشهای پاسخ فرکانسی (خصوصاً روش نمودار بوده که توسط بوده ابداع شد) امکان طراحی سیستمهای کنترل حلقه بسته ای خطی یی را فراهم کرد که شاخصهای عملکرد را براورده می کردند. طی سالهای آخر دهة 1940 تا سالهای اول دهة 1950، ایوانز روش مکان هندسی ریشه ها را به طور کامل مورد بررسی قرار داد.
روشهای پاسخ فرکانسی و مکان هندسی ریشه ها اساس نظریة کلاسیک کنترل هستند. اینها به سیستمهای منجر می شوند که پایدارند و مجموعه ای از خواسته ای کم و بیش دلخواه عملکرد را برآورده می کنند. این سیستمها در حالت کلی قابل قبول اند، ولی به هیچ مفهومی بهینه نیستند. از اواخر دهة 1950 به بعد، تاکید از طراحی سیستمی که کار قابل قبولی دارد، به طراحی سیستمی بهینه معطوف گشته است.
چون دستگاههای چند ورودی، چند خروجی امروزی روز به روز پیچیده تر می شوند، توصیف یک سیستم کنترل امروزی باتعداد معادله انجام می شود. نظریة کلاسیک کنترل که تنها به سیستمهای یک ورودی- یک خروجی اختصاص دارد، برای تحلیل این سیستمهای چند ورودی- چند خروجی توانایی کافی ندارد. از اواسط دهة 1960، به خاطر در دسترس بودن کامپیوترهای دیجیتال، تحلیل سیستمهای پیچیده در حوزة زمان امکان پذیر شده است. به همین خاطر نظریة جدید کنترل بر اساس تحلیل و طراحی در حوزة زمان، با استفاده از متغیرهای حالت پاگرفته است تا بتواند از عهدة تحلیل دستگاههای پیچیدة امروزی برآید و سیستم کنترلی تحویل دهد که خواسته های مربوط به وزن، هزینه، و دقت را، که امروزه با وسواس بیشتر و تولرانس کمتر تعیین می شوند، برآورده کند.
طی سالهای 1940 تا 1980 تحقیقات گسترده ای در مورد کنترل بهینة سیستمهای قطعی و اتفاقی، کنترل وفقی و یادگیرندة سیستمهای پیچیده صورت گرفت. از 1980 تاکنون تحقیقات نظری کنترل حول مباحثی چون کنترل مقاوم، کنترل و موضوعات مرتبط با آنها دورمی زده است.