سیستم‌های کنترل: آنچه هستند؟ (نمونه‌های سیستم کنترل باز و بسته)

چه کنترل سیستم است؟

کنترل سیستم به عنوان یک سیستم از دستگاه‌ها تعریف می‌شود که مدیریت، فرماندهی، هدایت یا تنظیم رفتار دیگر دستگاه‌ها یا سیستم‌ها را برای رسیدن به نتیجه مورد نظر انجام می‌دهد. یک کنترل سیستم این کار را از طریق حلقه‌های کنترلی انجام می‌دهد که فرآیندی طراحی شده است تا متغیر فرآیند را در نقطه تنظیم مورد نظر حفظ کند.

به عبارت دیگر، تعریف یک کنترل سیستم را می‌توان به صورت ساده‌تر بیان کرد که یک سیستم است که سیستم‌های دیگر را کنترل می‌کند. با پیشرفت روزافزون تمدن بشر، تقاضای خودکارسازی نیز افزایش یافته است. خودکارسازی نیازمند کنترل بر روی سیستم‌های دستگاه‌های تعاملی است.

در سال‌های اخیر، کنترل سیستم‌ها نقش مرکزی در توسعه و پیشرفت فناوری و تمدن مدرن داشته‌اند. عملاً هر جنبه از زندگی روزمره ما به یک حد یا دیگر توسط نوعی کنترل سیستم تحت تأثیر قرار گرفته است.

مثال‌هایی از کنترل سیستم‌ها در زندگی روزمره شما شامل کولر، یخچال، کولر، مخزن توالت، آهن برق خودکار و بسیاری از فرآیندهای داخل خودرو – مانند کروز کنترل – هستند.

در محیط‌های صنعتی، کنترل سیستم‌ها را در کنترل کیفیت محصولات، سیستم‌های سلاح، سیستم‌های حمل و نقل، سیستم‌های برق، فناوری فضایی، رباتیک و بسیاری دیگر مشاهده می‌کنیم.

اصول نظریه کنترل قابل اعمال به هر دو زمینه مهندسی و غیرمهندسی است. می‌توانید با مطالعه سوالات چند گزینه‌ای کنترل سیستم بیشتر در مورد کنترل سیستم‌ها یاد بگیرید.

ویژگی‌های یک کنترل سیستم

ویژگی اصلی یک کنترل سیستم این است که باید رابطه ریاضی واضحی بین ورودی و خروجی سیستم وجود داشته باشد.

وقتی رابطه بین ورودی و خروجی سیستم با یک تناسب خطی نشان داده می‌شود، سیستم را یک کنترل سیستم خطی می‌نامند.

دوباره وقتی رابطه بین ورودی و خروجی نمی‌تواند با یک تناسب خطی نشان داده شود، بلکه ورودی و خروجی با یک رابطه غیرخطی مرتبط هستند، سیستم را به عنوان یک کنترل سیستم غیرخطی می‌شناسند.

نیازهای یک کنترل سیستم خوب

دقت: دقت اندازه‌گیری تحمل وسیله است و محدوده خطاهای انجام شده را وقتی که وسیله در شرایط عملیاتی عادی استفاده می‌شود تعریف می‌کند.

دقت می‌تواند با استفاده از عناصر بازخوردی بهبود یابد. برای افزایش دقت هر کنترل سیستم باید تشخیص خطای در کنترل سیستم موجود باشد.

حساسیت: پارامترهای یک کنترل سیستم همیشه با تغییر شرایط اطراف، اختلال داخلی یا هر پارامتر دیگری تغییر می‌کنند.

این تغییرات می‌توانند به صورت حساسیت بیان شوند. هر کنترل سیستم باید به این پارامترها ناهمگون باشد اما فقط به سیگنال‌های ورودی حساس باشد.

نوسان: یک سیگنال ورودی نامطلوب به نام نویز شناخته می‌شود. یک کنترل سیستم خوب باید بتواند تأثیر نویز را برای عملکرد بهتر کاهش دهد.

پایداری: این یک ویژگی مهم کنترل سیستم است. برای سیگنال ورودی محدود، خروجی باید محدود باشد و اگر ورودی صفر باشد، خروجی باید صفر باشد، در این صورت چنین کنترل سیستمی پایدار است.

باند عرض: محدوده فرکانسی کاری تصمیم می‌گیرد که باند عرض کنترل سیستم چقدر است. باند عرض باید به اندازه امکان پذیر بزرگ باشد برای پاسخ فرکانسی یک کنترل سیستم خوب.

سرعت: این زمانی است که کنترل سیستم برای دستیابی به خروجی پایدار خود لازم دارد. یک کنترل سیستم خوب دارای سرعت بالا است. دوره گذرا برای چنین سیستمی بسیار کوچک است.

نوسان: تعداد کمی از نوسانات یا نوسانات ثابت خروجی می‌تواند نشان دهنده پایداری سیستم باشد.

نوع‌های کنترل سیستم‌ها

نوع‌های مختلفی از کنترل سیستم‌ها وجود دارد، اما همه آنها برای کنترل خروجی‌ها ساخته شده‌اند. سیستم‌هایی که برای کنترل موقعیت، سرعت، شتاب، دما، فشار، ولتاژ و جریان و غیره استفاده می‌شوند، مثال‌هایی از کنترل سیستم‌ها هستند.

بیایید یک مثال از یک کنترل‌کننده دمای ساده اتاق را برای روشن کردن مفهوم بگیریم. فرض کنید یک عنصر گرمکن ساده وجود دارد که تا زمانی که تأمین برق روشن باشد گرم می‌شود.