هدف

هدف اين درس، آشنايي با اصول مدلسازي و تحليل و طراحي سيستم‌هاي كنترل خودكار به ويژه سيستم‌هاي صنعتي به كمك روشهاي رياضي و تحليلي و متدهاي تجربي است.

پیش نیاز

گذراندن درس سيگنالها و سيستم‌ها - آشنايي با نرم‌افزار MATLAB

سرفصل مطالب درس

• مقدمه‌اي بر سيستم‌هاي كنترلي: معرفي سيستمهاي كنترلي حلقه باز و حلقه بسته و مقايسه ويژگيها، مثالهايي از سيستمهاي كنترلي. • تبديل لاپلاس: تبديل لاپلاس سيستمها و معكوس آن و خواص آنها - صفر و قطب و اثر آنها در پاسخ سيستم - تبديل لاپلاس و سيستمهاي LTI - تعيين اندازه و فاز تبديل لاپلاس به روش هندسي - سيستمهاي توصيف‌شده با معادلات ديفرانسيل - تبديل لاپلاس يكطرفه و خواص آن - مدل كردن سيستمها و پاسخ آنها به كمك تبديل لاپلاس. • مدلسازي رياضي سيستمها: پاسخ ضربه، پاسخ پله، تابع تبديل، نمودار بلوكي، اصل ميسون، مثالهايي از مدلسازي سيستمهاي مكانيكي، الكتريكي، گرمايشي، هيدروليكي، موتورهاي Servo. • طراحي سيستم‌هاي كنترلي: كنترل‌كننده‌هاي ON/OFF، كنترل‌كننده‌هاي تناسبي (P)، كنترل‌كننده‌هاي تناسبي انتگرال‌گير (PI)، كنترل‌كننده‌هاي تناسبي مشتق‌گير (PD)، كنترل‌كننده‌هاي PID، سيستمهاي مرتبه اول و مرتبه دوم، مشخصات پاسخ پله سيستم‌ها، تحليل پاسخ گذرا، تحليل خطاي حالت ماندگار، اثر اغتشاش، معيار پايداري روث-هورويتس، حالتهاي ويژه، پايداري نسبي، مثالهايي از كنترل‌كننده‌هاي الكتريكي و مكانيكي و پنوماتيكي، پيشفازي و پس‌فازي پاسخ سينوسي، معايب فيدبك، مشكل كوك انتگرال، مشكل لگد مشتق، كنترل پيش‌خوردي، كنترلر PI-D، كنترلر I-PD. • مكان هندسي ريشه‌ها: نمودار مكان هندسي ريشه‌ها و قواعد ترسيم و خواص، تحليل و طراحي سيستمهاي كنترل به كمك مكان هندسي، جبران‌سازي پيش‌فاز، جبران‌سازي پس‌فاز، جبران‌سازي پيش‌فاز – پس‌فاز. • پاسخ فركانسي سيستمهاي كنترلي: نمودارهاي اندازه و فاز بوده، نمودارهاي نايكوييست، معيار پايداري نايكوييست، پايداري نسبي، پاسخ فركانسي حلقه بسته، تخمين تابع تبديل، طراحي سيستمهاي كنترلي به روش پاسخ فركانسي، جبران‌سازي پيش‌فاز، جبران‌سازي پس‌فاز، جبران‌سازي پيش‌فاز – پس‌فاز، حاشيه فاز و حاشيه بهره. • كنترل مقاوم: قواعد تنظيم پارامترهاي كنترلر‌هاي PID، كنترل با دو درجه آزادي، روش زيگلر-نيكولز براي تعيين تجربي پارمترهاي كنترل‌كننده‌هاي PID، نكات طراحي كنترلرهاي PID. • تحليل فضاي حالت: مدل كردن سيستم به كمك ماتريسهاي فضاي حالت، كنترل‌پذيري، مشاهده پذيري، محاسبه تابع تبديل از معادلات حالت و بالعكس، پايداري، تبديلهاي خطي و فرمهاي كانوني، طراحي سيستمهاي كنترلي در فضاي حالت، طراحي بهينه به روش لياپانوف. • مسائل پيشرفته در مهندسي كنترل: تبديل Z، سيستمهاي كنترلي ديجيتال، پايداري سيستم‌هاي ديجيتال، كنترل فازي، كنترل وفقي، كنترل مد لغزشي.

منابع

• "مهندسي كنترل"، هيكو اوگاتا، ترجمه محمود دياني، انتشارات نص. • "سيستمهاي كنترل خطي"، نارش سينها، ترجمه دكتر امين خدابخشيان، انتشارات دانشگاه اصفهان • "Linear Control System Analysis and Design: Conventional and Modern", John Joachim D'Azzo, Constantine Dino Houpis, McGraw-Hill Series in Electrical & Computer Engineering. • "Industrial Control Electronics, Applications and Design", Michael Jacob, Prentice Hall.

ارزيابي

• 6 نمره آزمون ميان‌ترم • 10 نمره آزمون پايان‌ترم و نظر مدرس • 4 نمره آزمونهاي كلاسي، تمرينات كتبي و تكاليف عملي MATLAB طبق قوانين آموزشي، غيبت بيش از سه جلسه باعث حذف درس مي‌شود.

مطالب مفید