نام درس: کنترل اتوماتيک

سرفصل: مقدمه

نمونه 35 -مطلب درسي: تعاريف

مهندسي کنترل به مدل‌سازي رياضي سيستم‌ها و بررسي ديناميک آن‌ها، و در نهايت، طراحي کنترل‌کننده‌ها براي سيستم‌هاي مورد نظر مي‌پردازد. هدف از طراحي کنترل‌کننده واداشتن سيستم تحت کنترل به داشتن رفتاري مطابق با رفتار مطلوب مي‌باشد. رفتار مطلوب مي‌تواند معيارهاي مختلفي از قبيل سرعت، دقت، مصرف سوخت، زمان و ... باشد[1].

تلاش اوليه بشر براي درک زمان و تعيين موقعيت خود در شبانه روز از اولين گام‌ها در طراحي سيستم‌هاي کنترل است که به ساخت ساعت‌هاي آبي منجر گرديد. اولين ساعت‌هاي آبي توسط يوناني‌ها و مصريان در حدود 2300 سال قبل ساخته شد و تا قرن دهم ه.ش نيز کاربرد داشت. در همان دوران سيستم‌هاي کنترل سطح روغن چراغ‌ها نيز طراحي شد. با وقوع انقلاب صنعتي در اروپا کوره‌ها، بويلرها، موتورهاي بخار پيشرفته و رگولاتورهاي شناور طراحي شد که امکان کنترل آنها توسط سيستم‌هاي ساده امکان پذير نبود لذا سيستم‌هاي کنترل پيشرفته تري پس از انقلاب صنعتي طراحي شدند. کنترل آسياب‌هاي بادي که براي اولين بار توسط‌ايرانيان در قرن اول ه.ش. ساخته شدند گام مهمي در پياده سازي کنترل خودکار به حساب مي‌آيد.‌اين آسياب‌ها درحدود  سال 580 ه.ش. وارد اروپا شدند و تا حدود سال 980 ه.ش. مورد استفاده قرار گرفتند. در‌اين آسياب‌ها دو نوع سيستم کنترل وجود داشت؛ يکي کنترل جهت قرارگيري آسياب به طوري که بتواند از حداکثر نيروي باد استفاده کند و ديگري کنترل ميزان گندم وارده به درون آسياب. هر دوي‌اين سيستم‌ها به صورت کاملاً خودکار عمل کرده و نياز به حضور هيچ کارگري نبود.

اعمال نيرو يا گشتاور خارجي براي کنترل تجهيزات مکانيکي امري ضروري مي‌باشد.

 هر سيستمي براي عدم انحراف و پيشگيري از بي نظمي نيازمند مهندسي کنترل است، و خداوند متعال نيز جهان طبيعت را چون مجموعه و سيستمي يکپارچه خلق کرده است که اجزاي آن در يک هماهنگي کامل قرار دارند، و بدون شک چنين سيستمي تحت کنترل يک کنترل کننده آگه و مدبري حکيم خواهد بود، همانطور که قرآن کريم مي‌فرمايد: «وَ رَبُّكَ عَلى‏ كُلِّ شَيْ‏ءٍ حَفيظٌ؛[2] و پروردگار تو، همه چيز را تحت کنترل خويش دارد».

قرآن کريم‌اين سيستم پيچيده و‌اين نظم شگفت آور را تحت کنترل تدبيرکنندگاني امين مي‌داند که با اجراي تدابير الهي مانع بي نظمي و نابودي عالَم شده و مراقبت مي‌کنند تا رفتارهاي طبيعي در جهان مطابق با رفتار مطلوب باشد.: «فَالْمُدَبِّراتِ أَمْرا؛[3] و آنها كه امور را تدبير مى‏كنند!»

کنترل کنندگاني که قرآن کريم در مورد‌ايشان مي‌فرمايد: «لَا يَسْبِقُونَهُ بِالْقَوْلِ وَ هُم بِأَمْرِهِ يَعْمَلُون‏؛[4]هرگز در سخن بر خدا پيشى نمى‏گيرند؛ و (پيوسته) به فرمان او عمل مى‏كنند».

درس: کنترل اتوماتيک

نمونه 36 -مطلب درسي: سيستم‌هاي کنترلي

عنوان: فيدبک

سيستم کنترل پسخوردي سيستمي است که از راه مقايسه خروجي و ورودي مبنا و با استفاده از اختلاف آنها به عنوان وسيله کنترل، رابطه از پيش تعيين شده ميان خروجي و ورودي را حفظ مي‌کند (شکل 2-11). فيدبک در بسياري از سيستم‌ها، از جمله در سيستم‌هاي مکانيکي، الکتريکي، بيولوژيکي، حرارتي و برودتي کاربرد دارد[5]. مثلاً، استفاده از فيدبک در ماشين بخار به قرن دوازدهم ه.ش. برمي‌گردد و به کارگيري فيدبک در سيستم‌هاي حرارتي و برودتي با نصب ترموستات، امروزه بسيار متداول است. همچنين در بدن انسان، فيدبک نقش عمده‌اي در تنظيم دما و کنترل ترشح داخلي غدد‌ايفا مي‌کند. به طور مثال در هنگام راه رفتن با مشاهده مسير پيش رو و با توجه به موانع افراد به اصلاح مسير حرکت مي‌پردازند.

علت استفاده از پسخورد در سامانه‌هاي کنترل، کاهش خطاي ميان ورودي مبنا و خروجي است. کاهش خطاي سيستم ، تنها يکي از آثار بسيار مهمي است که پسخورد بر يک سامانه دارد. پسخورد بر ساير مشخصات عملکرد سيستم مانند پايداري، پهناي باند، بهره کل، امپدانس و حساسيت نيز اثر دارد.

شکل 2-11: سيستم کنترل پسخورد

انسان نيز بايد دائما به بررسي رفتار خود پرداخته و با مقايسه آن با رفتار انسان‌هاي کامل و الگو که از طرف خداوند متعال براي هدايت انسان‌ها امده‌اند، به اصلاح خود بپردازد. در تعاليم اسلامي کتاب خدا قرآن و اهل بيت به عنوان ميزان، ملاك و معيار و وسيله سنجش معرفي مي‌شوند که فرد براي هدايت بايد سعي کند عملکردش کمترين انحراف را از دستورات قرآن و تعاليم اهل بيت داشته باشد.  پيامبر مي‌فرمايند: پيش از آنكه به حساب شما برسند خود به حساب خويش برسيد، و قبل از آنكه مورد سنجش قرار گيريد خويشتن را بسنجيد».[6]

[1].  مهندسي کنترل، ص 9.

[2]. سبأ:21.

[3]. نازعات:5.

[4]. انبيا:27.

[5].  مهندسي کنترل، ص 10.

[6]. «حَاسِبُوا أَنْفُسَکُمْ قَبْلَ أَنْ تُحَاسَبُوا وَ زِنُوهَا قَبْلَ أَنْ تُوزَنُوا» (غررالحکم، ص352).