سیستم‌های کنترل (Control Systems) در مهندسی و علوم کاربردی برای مدیریت، فرماندهی، هدایت و تنظیم رفتار دستگاه‌ها و فرآیندها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این سیستم‌ها در بسیاری از حوزه‌ها از جمله مهندسی برق، مکانیک، شیمی، هوافضا و حتی در زندگی روزمره کاربرد دارند. هدف اصلی سیستم‌های کنترل این است که یک خروجی مشخص یا مطلوب از یک سیستم یا فرآیند حاصل شود، حتی در حضور عوامل مختل‌کننده یا تغییرات ناخواسته.
انواع سیستم‌های کنترل:
1. سیستم‌های کنترل حلقه باز (Open-Loop Systems): • در این نوع سیستم‌ها، خروجی به صورت مستقیم به ورودی بازخورد داده نمی‌شود. • مثال: ماشین لباسشویی که زمان شستشو را بدون توجه به تمیزی لباس‌ها تعیین می‌کند. 2. سیستم‌های کنترل حلقه بسته (Closed-Loop Systems): • در این سیستم‌ها، خروجی به ورودی بازخورد داده می‌شود تا خطاها تصحیح شوند و خروجی مطلوب حاصل شود. • مثال: ترموستات خانه که دمای اتاق را تنظیم می‌کند.
اجزای اصلی یک سیستم کنترل:
1. ورودی (Input): فرمان یا هدفی که سیستم باید به آن دست یابد. 2. خروجی (Output): نتیجه نهایی سیستم. 3. فرمان‌دهنده (Controller): بخشی که فرآیند را تنظیم می‌کند. 4. فرآیند یا سیستم (Process): واحدی که باید کنترل شود. 5. حسگرها (Sensors): ابزارهایی برای اندازه‌گیری خروجی و ارائه اطلاعات به کنترل‌کننده. 6. عملگرها (Actuators): وسایلی که بر اساس فرمان کنترل‌کننده عمل می‌کنند.
طبقه‌بندی سیستم‌های کنترل:
1. سیستم‌های خطی و غیرخطی: • در سیستم‌های خطی، پاسخ خروجی به ورودی‌ها به صورت خطی است. • در سیستم‌های غیرخطی، روابط پیچیده‌تر و غیرفلکی هستند. 2. سیستم‌های پیوسته و گسسته: • سیستم‌های پیوسته به طور مداوم در زمان کار می‌کنند. • سیستم‌های گسسته در لحظات مشخص (معمولاً با نمونه‌برداری) عمل می‌کنند. 3. سیستم‌های زمان‌متغیر و زمان‌ثابت: • سیستم زمان‌ثابت دارای مشخصاتی است که در طول زمان تغییر نمی‌کند. • در سیستم زمان‌متغیر، مشخصات سیستم ممکن است در طول زمان تغییر کنند.
- کاربردها
-
1. صنعت: ربات‌ها، خطوط تولید، ماشین‌آلات. 2. هوافضا: کنترل پرواز هواپیماها و فضاپیماها. 3. مهندسی برق: مبدل‌های توان، درایو موتور، سیستم‌های کنترل توان. 4. روزمره: یخچال، سیستم‌های تهویه مطبوع، ماشین لباسشویی.
- مفاهیم پایه:
-
• پایداری (Stability): سیستمی که پس از یک اختلال به حالت پایدار بازگردد. • پاسخ گذرا و پایدار: رفتار سیستم در لحظات اولیه و درازمدت. • کنترل PID: یکی از رایج‌ترین روش‌های کنترل که شامل سه مولفه تناسبی (P)، انتگرالی (I) و مشتقی (D) است.
