نوع های سیستم های کنترل | سیستم کنترل خطی و غیرخطی

یک سیستم کنترل مجموعه‌ای از دستگاه‌ها است که مدیریت، فرماندهی، هدایت یا تنظیم رفتار دستگاه‌های دیگر را برای دستیابی به نتیجه‌ای مورد نظر انجام می‌دهد. به عبارت دیگر، تعریف یک سیستم کنترل می‌تواند به صورت ساده‌شده به عنوان یک سیستم که سیستم‌های دیگر را کنترل می‌کند تا به حالت مطلوب برسد، بیان شود. انواع مختلفی از سیستم‌های کنترل وجود دارد که می‌توان آن‌ها را به طور کلی به دو دسته سیستم‌های کنترل خطی و سیستم‌های کنترل غیرخطی تقسیم‌بندی کرد. در ادامه این انواع سیستم‌های کنترل به طور جزئی بحث خواهد شد.

سیستم‌های کنترل خطی

برای درک سیستم کنترل خطی، ابتدا باید اصل برخالی را درک کنیم. اصل برخالی شامل دو ویژگی مهم است که در زیر توضیح داده شده‌اند:
همگنی: یک سیستم همگن است، اگر ورودی را با یک ثابت A ضرب کنیم، خروجی نیز با همان مقدار ثابت (یعنی A) ضرب می‌شود.
جمع‌پذیری: فرض کنید سیستم S داریم و ورودی a1 را برای اولین بار به این سیستم می‌دهیم و خروجی b1 را متناظر با ورودی a1 دریافت می‌کنیم. در دومین بار ورودی a2 را می‌دهیم و خروجی b2 را دریافت می‌کنیم.

حالا فرض کنید این بار ورودی را به صورت جمع ورودی‌های قبلی (یعنی a1 + a2) می‌دهیم و خروجی (b1 + b2) را دریافت می‌کنیم، در این صورت می‌توانیم بگوییم که سیستم S ویژگی جمع‌پذیری را دنبال می‌کند. حالا قادر به تعریف سیستم‌های کنترل خطی به عنوان آن نوع سیستم‌های کنترل هستیم که اصول همگنی و جمع‌پذیری را دنبال می‌کنند.

مثال‌هایی از سیستم کنترل خطی

یک شبکه مقاومتی خالص با منبع DC ثابت را در نظر بگیرید. این مدار اصول همگنی و جمع‌پذیری را دنبال می‌کند. تمامی اثرات نامطلوب نادیده گرفته شده و با فرض رفتار ایده‌آل هر عنصر در شبکه، می‌گوییم که مشخصه‌های ولتاژ و جریان خطی خواهیم داشت. این مثالی از یک سیستم کنترل خطی است.

سیستم‌های کنترل غیرخطی

می‌توانیم یک سیستم کنترل غیرخطی را به سادگی به عنوان یک سیستم کنترل که اصل همگنی را دنبال نمی‌کند، تعریف کنیم. در زندگی واقعی، تمامی سیستم‌های کنترل غیرخطی هستند (سیستم‌های کنترل خطی فقط در نظریه وجود دارند). تابع توصیف یک روش تقریبی برای تحلیل برخی از مشکلات کنترل غیرخطی است.

مثال‌هایی از سیستم غیرخطی

یک مثال معروف از یک سیستم غیرخطی منحنی مغناطیس‌سازی یا منحنی بدون بار ماشین DC است. به طور مختصر در مورد منحنی بدون بار ماشین‌های DC صحبت خواهیم کرد: منحنی بدون بار رابطه بین فلوید هوایی و mmf پیچه میدان را به ما می‌دهد. از منحنی زیر بسیار واضح است که در ابتدا رابطه خطی بین mmf پیچه و فلوید هوایی وجود دارد اما بعد از آن اشباع رخ می‌دهد که نشان‌دهنده رفتار غیرخطی منحنی یا مشخصه‌های سیستم کنترل غیرخطی است.

سیستم آنالوگ یا پیوسته

در این نوع سیستم‌های کنترل، یک سیگنال پیوسته به عنوان ورودی به سیستم می‌دهیم. این سیگنال‌ها تابع پیوسته زمان هستند. ممکن است منابع مختلفی از سیگنال‌های ورودی پیوسته مانند سیگنال‌های سینوسی، سیگنال‌های مربعی، سیگنال‌های مثلثی پیوسته و غیره داشته باشیم.

سیستم دیجیتال یا گسسته

در این نوع سیستم‌های کنترل، یک سیگنال گسسته (یا سیگنال ممکن است به صورت پالس) به عنوان ورودی به سیستم می‌دهیم. این سیگنال‌ها دارای فاصله زمانی گسسته هستند. می‌توانیم منابع مختلفی از سیگنال‌های ورودی پیوسته مانند سیگنال‌های سینوسی، سیگنال‌های مربعی و غیره را با استفاده از سوئیچ به فرم گسسته تبدیل کنیم.
حالا مزایای مختلفی برای سیستم‌های گسسته یا دیجیتال نسبت به سیستم‌های آنالوگ وجود دارد و این مزایا در زیر ذکر شده‌اند:

1. سیستم‌های دیجیتال می‌توانند سیستم‌های کنترل غیرخطی را به طور موثرتری نسبت به سیستم‌های آنالوگ کنترل کنند.

2. نیاز به انرژی در مورد سیستم‌های گسسته یا دیجیتال نسبت به سیستم‌های آنالوگ کمتر است.

3. سیستم دیجیتال دارای نرخ دقت بالاتری است و می‌تواند محاسبات پیچیده را به راحتی انجام دهد نسبت به سیستم‌های آنالوگ.

4. قابلیت اطمینان سیستم دیجیتال نسبت به سیستم آنالوگ بیشتر است. همچنین اندازه‌ی کوچک و فشرده‌تری دارند.

5. سیستم دیجیتال بر اساس عملیات منطقی کار می‌کند که دقت آن‌ها را چندین برابر می‌کند.

6. در مورد سیستم‌های گسسته، تلفات کمتری نسبت به سیستم‌های آنالوگ در کل وجود دارد.

سیستم‌های یک ورودی یک خروجی

این‌ها همچنین به عنوان سیستم‌های SISO شناخته می‌شوند. در این سیستم‌ها، یک ورودی برای یک خروجی وجود دارد. مثال‌های مختلفی از این نوع سیستم ممکن است شامل کنترل دما، سیستم کنترل موقعیت و غیره باشد.

سیستم‌های چند ورودی چند خروجی

این‌ها همچنین به عنوان سیستم‌های MIMO شناخته می‌شوند. در این سیستم‌ها، چندین خروجی برای چندین ورودی وجود دارد. مثال‌های مختلفی از این نوع سیستم ممکن است شامل سیستم‌های PLC و غیره باشد.

انعام