سیستم(سامانه) کنترل عبارت است از مجموعه دستگاههای برنامهریزی شده که برای دستیابی به نتایج مطلوب، رفتار سایر دستگاهها یا سیستمها را مدیریت، دستور، هدایت یا تنظیم میکند. با پیشرفت روز به روز تمدن بشری، تقاضا نیز برای اتوماسیون افزایش مییابد. اتوماسیون به شدت نیازمند به کنترل دستگاهها است. در سالهای اخیر، سیستمهای کنترل نقشی اساسی در توسعه و پیشرفت فناوری و تمدن نوین بشری داشتهاند. تقریباً هر جنبهای از زندگی روزمره ما توسط برخی از سیستمهای کنترل کم و بیش تحت تأثیر قرار گرفته است. این سیستمها همچنین برای تولید بیشتر در فرآیندهای صنعتی مورداستفاده قرار میگیرند. سیستمهای کنترلی در کنترل کیفیت محصولات، سیستمهای تسلیحاتی، سیستمهای حمل و نقل، سیستمهای قدرت، فناوری فضایی، روباتیک و بسیاری دیگر نیز یافت میشوند.
ویژگیهای یک سیستم کنترل
ویژگی اصلی یک سامانه کنترل این است که باید یک رابطه ریاضی روشن بین ورودی و خروجی سیستم برقرار شود. وقتی رابطه بین ورودی و خروجی سیستم با یک تناسب خطی قابل نمایش باشد، یک سامانه کنترل خطی میباشد. باز هم وقتی رابطه بین ورودی و خروجی با تناسب تک خطی قابل نمایش نباشد، بلکه ورودی و خروجی با برخی از روابط غیرخطی مرتبط هستند، به این سیستم یک سیستم غیر خطی گفته میشود.
انواع سیستمهای کنترل
انواع مختلفی از سیستمهای کنترل وجود دارد، اما همه آنها برای کنترل خروجیها به کار گرفته میشوند. سیستم مورداستفاده برای کنترل موقعیت، سرعت، شتاب، دما، فشار، ولتاژ و جریان نمونههایی از سیستمهای کنترل هستند. بگذارید مثالی از یک کنترلکننده دمای اتاق استفاده کنیم تا مفهوم روشن شود. فرض کنید یک عنصر گرمایش ساده وجود دارد (مثل بخاری). تا زمانی که منبع تغذیه روشن باشد، هوا گرم میشود. تا زمانی که نشانگر منبع تغذیه بخاری در دمای اتاق بالا رود و پس از رسیدن به دمای مطلوب اتاق، منبع تغذیه خاموش شود. دوباره به دلیل دمای محیط، دمای اتاق کاهش مییابد و سپس به طور دستی عنصر بخاری روشن میشود تا دوباره به دمای مطلوب اتاق برسید.
به این ترتیب فرد میتواند دمای اتاق را در حد مطلوب کنترل کند. این نمونهای از سامانه کنترل دستی است. این سیستم میتواند با استفاده از ترتیب تعویض تایمر منبع تغذیه، در جایی که منبع تغذیه عنصر گرمایشی در یک بازه از پیش تعیین شده روشن و خاموش میشود، بهبود یابد تا به درجه حرارت مطلوب اتاق برسد. یک روش بهبود یافته دیگر برای کنترل دمای اتاق وجود دارد. در اینجا یک سنسور تفاوت بین دمای واقعی و دمای مطلوب را اندازهگیری میکند. در صورت وجود اختلاف بین آنها، عنصر گرمایش عملکردی را کاهش میدهد و وقتی اختلاف از حد از پیش تعیین شده پایینتر میشود، عناصر گرمایش عملکرد خود را متوقف میکنند.
سیستم حلقه باز
هر دو شکل گفته شده سامانه کنترل اتوماتیک است. در حالت اولیه، ورودی سیستم کاملاً مستقل از خروجی سیستم است. تا زمانی که سوئیچ منبع تغذیه روشن باشد، دمای اتاق (خروجی) افزایش مییابد. این بدان معنی است که عنصر گرمایش تا زمانی که منبع تغذیه روشن باشد، گرما تولید میکند و دمای اتاق نهایی هیچ گونه کنترلی بر منبع تغذیه ورودی سیستم ندارد. به این سیستم، سیستم کنترل حلقه باز گفته میشود.
سیستم حلقه بسته
اما در حالت دوم، عناصر گرمایشی سیستم بسته به تفاوت بین دمای واقعی و دمای مطلوب کار میکنند. به این تفاوت اِرور سیستم گفته میشود. این سیگنال خطا برای کنترل ورودی به سیستم تغذیه میشود. از آنجا که ورودی به مسیر خروجی و مسیر بازخورد خطا یک حلقه بسته ایجاد میکند، به این نوع سیستم، سیستم کنترل حلقه بسته گفته میشود.
شرح سیستم کنترل حلقه باز
سیستم کنترلی که در آن عمل کنترل کاملاً مستقل از خروجی سیستم است، سیستم حلقه باز میباشد. سیستم دستی نیز یک سیستم حلقه باز است. شکل زیر نمودار بلوک سیستم کنترل یک سیستم حلقه باز را نشان میدهد که در آن خروجی فرآیند کاملاً مستقل از عملکرد کنترلر است.
مزایای استفاده از سیستم حلقه باز
- سادگی ساخت و طراحی.
- مقرون به صرفه.
- نگهداری آسان.
- پایداری کلی.
معایب سیستم حلقه باز
هیچ گونه تغییر در خروجی را نمی توان به طور خودکار اصلاح کرد.
شرح سیستم کنترل حلقه بسته
سیستم کنترلی که در آن خروجی بر مقدار ورودی تأثیر میگذارد، بهگونه ای که مقدار ورودی خود را بر اساس خروجی تولید شده تنظیم میکند، سیستم حلقه بسته گفته میشود. سیستم حلقه باز میتواند با ارائه بازخورد به سیستم حلقه بسته تبدیل شود. به سیستم حلقه بسته سامانه کنترل اتوماتیک گفته میشود. شکل زیر نمودار بلوک سیستم حلقه بسته را نشان میدهد که در آن بازخورد از خروجی گرفته شده و به ورودی وارد میشود.
مزایای سیستم کنترل حلقه بسته
- بسیار دقیق است زیرا هر خطایی که بوجود می آید به دلیل وجود سیگنال بازخورد اصلاح می شود.
- محدوده پهنای باند در آن بزرگ است.
- اتوماسیون را تسهیل می کند.
- حساسيت سيستم ممكن است كوچك باشد تا پايداري سيستم تامین شود.
- این سیستم کمتر تحت تأثیر نویز است.
معایب سیستم کنترل حلقه بسته
- آنها گرانتر هستند.
- طراحی آنها پیچیده است.
- تعمیر و نگهداری بیشتر مورد نیاز است.
- بازخورد منجر به پاسخ نوسانی می شود.
- پایداری مشکل اصلی است و برای طراحی یک سیستم حلقه بسته پایدار ، مراقبت بیشتری لازم است.
Great content! Super high-quality! Keep it up! 🙂