1
‫دولتی‬ ‫ای‬ ‫حرفه‬ ‫و‬ ‫فنی‬ ‫دانشگاه‬
‫بندرعباس‬ ‫پسران‬
‫خطی‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬
‫استاد‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬
2
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
3
‫سیستم‬
:
‫سیستم‬
‫عبارت‬
‫است‬
‫از‬
‫مجموعه‬
‫ای‬
‫از‬
‫اجزای‬
‫فیزیکی‬
‫که‬
‫با‬
‫ترتیب‬
‫خاصی‬
‫به‬
‫یک‬
‫دیگر‬
‫متصل‬
‫یا‬
‫مربوط‬
‫شده‬
‫اند‬
‫و‬
‫مجموعه‬
‫مزبور‬
‫به‬
‫صورت‬
‫یک‬
‫واحد‬
‫منسجم‬
‫برای‬
‫رسی‬
‫دن‬
‫به‬
‫مقصود‬
‫مشخص‬
‫یا‬
‫ارضا‬
‫شرط‬
‫ویژه‬
‫ای‬
‫عمل‬
‫نماید‬
.
‫کنترل‬
:
‫میرود‬ ‫بکار‬ ‫فرماندهی‬ ‫یا‬ ‫هدایت‬ ،‫تنظیم‬ ‫معنی‬ ‫به‬ ‫کنترل‬ ‫کلمه‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
4
‫كنترل‬ ‫سيستم‬

‫سيستم‬
‫كنترل‬
:
‫مجموعه‬
‫اي‬
‫از‬
‫اجزاء‬
‫به‬
‫هم‬
‫پيوسته‬
‫است‬
‫كه‬
‫هدف‬
‫آن‬
‫فراهم‬
‫كردن‬
‫پاسخ‬
‫مطلوب‬
‫مي‬
‫باشد‬
.

‫منظور‬
‫از‬
‫كنترل‬
‫يك‬
‫سيستم‬
‫اين‬
‫است‬
‫كه‬
‫رفتار‬
‫يك‬
‫يا‬
‫چند‬
‫متغير‬
‫آن‬
‫به‬
‫صورت‬
‫مطلوب‬
‫در‬
‫آيد‬
.

‫مثال‬
:
‫تا‬ ‫شود‬ ‫مي‬ ‫انجام‬ ‫نحوي‬ ‫به‬ ‫كنترل‬ ، ‫خودرو‬ ‫راندن‬ ‫در‬
‫به‬ ‫مسير‬ ‫يك‬ ‫طي‬ ‫با‬ ‫شخص‬
‫برسد‬ ‫نظر‬ ‫مورد‬ ‫مقصد‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
5
‫سیگنال‬ ‫یا‬ ‫عالمت‬
Signal
:
•
‫هر‬
‫نوع‬
‫محرکه‬
‫ای‬
‫است‬
‫که‬
‫برای‬
‫انتقال‬
‫اطالعات‬
‫بکار‬
‫گرفته‬
‫ش‬
‫ود‬
‫را‬
‫عالمت‬
‫یا‬
‫سیگنال‬
‫گویند‬
.
•
‫در‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫فیزیکی‬
‫محرکه‬
‫هایی‬
‫مثل‬
،‫جابجایی‬
،‫فشار‬
‫ول‬
،‫تاژ‬
‫جریان‬
‫و‬
‫حرارت‬
‫می‬
‫توانند‬
‫برای‬
‫انتقال‬
‫اطالعات‬
‫و‬
‫به‬
‫عنوان‬
‫سیگ‬
‫نال‬
‫مورد‬
‫استفاده‬
‫قرار‬
‫گیرند‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
6
‫خطا‬ ‫سیگنال‬ ‫پسخورد‬ ‫یا‬ ‫برگشت‬ ‫مدار‬
:
‫پسخور‬ ‫یا‬ ‫برگشت‬ ‫مدار‬
Feedback
:
‫انتقال‬
‫مجدد‬
‫عالئم‬
‫خروجی‬
‫و‬
‫اعمال‬
‫آنها‬
‫به‬
‫سیستم‬
‫به‬
‫عنوان‬
،‫ورودی‬
‫از‬
‫طریق‬
‫مدار‬
‫برگشت‬
‫را‬
‫پسخوراندن‬
‫مینامند‬
.
‫در‬
‫چنین‬
‫حالتی‬
‫جمع‬
‫جب‬
‫ری‬
‫ورودی‬
‫و‬
‫خروجی‬
‫را‬
‫ورودی‬
‫ثانویه‬
‫تلقی‬
‫می‬
‫کنند‬
.
‫خطا‬ ‫سیگنال‬
Error signal
:
‫جمع‬
‫جبری‬
‫ورودی‬
‫و‬
‫خروجی‬
‫مدار‬
‫برگشت‬
‫را‬
‫خطا‬
‫می‬
‫نامند‬
‫و‬
‫گاهی‬
‫آنرا‬
‫به‬
‫عنوان‬
‫ورودی‬
‫ثانویه‬
‫به‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫در‬
‫نظر‬
‫می‬
‫گیرند‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
7
‫اغتشاش‬
Disturbance
:
‫هر‬
‫نوع‬
‫عالمت‬
‫ناخواسته‬
‫ای‬
‫که‬
‫به‬
‫یک‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫وارد‬
‫شده‬
‫و‬
‫منشا‬
‫تغ‬
‫ییرات‬
‫و‬
‫واکنشهای‬
‫نامطلوب‬
‫در‬
‫خروجی‬
‫سیستم‬
‫شود‬
‫به‬
‫عنوان‬
‫اغتشاش‬
‫شناخته‬
‫م‬
‫یشود‬
.
‫اغتشاش‬
‫می‬
‫تواند‬
‫اختالالت‬
‫عمده‬
‫ای‬
‫در‬
‫فرایند‬
‫کنترل‬
‫بوجود‬
‫آورند‬
‫و‬
‫لذا‬
‫ح‬
‫ذف‬
‫آن‬
‫اهمیت‬
‫ویژه‬
‫ای‬
‫دارد‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
8
‫خروجی‬ ‫و‬ ‫ورودی‬
:
‫ورودی‬
Input
:
‫تحریک‬
‫یا‬
‫فرمانی‬
‫است‬
‫که‬
‫از‬
‫سوی‬
‫یک‬
‫منبع‬
‫انرژی‬
‫خارجی‬
‫به‬
‫سیستم‬
‫ک‬
‫نترل‬
‫وارد‬
‫شده‬
‫موجب‬
‫پیدایش‬
‫واکنش‬
‫از‬
‫سوی‬
‫سیستم‬
‫میگردد‬
.
‫بدین‬
‫ترتیب‬
‫ورودی‬
‫منشا‬
‫تولید‬
‫پاسخ‬
‫از‬
‫سوی‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫میشود‬
.
‫خروجی‬
Output
:
‫پاسخی‬
‫است‬
‫که‬
‫از‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫به‬
‫عنوان‬
‫عکس‬
‫العمل‬
‫در‬
‫برابر‬
‫ورودی‬
،
‫خارج‬
‫میشود‬
.
‫ممکن‬
‫است‬
‫این‬
‫پاسخ‬
‫همان‬
‫واکنشی‬
‫که‬
‫از‬
‫سیستم‬
‫انتظار‬
‫میرود‬
‫نباشد‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
9
‫دياگرام‬ ‫بلوك‬
:

‫براي‬
‫سادگي‬
‫اجزاء‬
‫كنترل‬
‫شونده‬
‫و‬
‫كنترل‬
‫كننده‬
‫با‬
‫بلوك‬
‫دياگرام‬
‫نشان‬
‫داده‬
‫مي‬
‫شوند‬
.
‫هر‬
‫بلوك‬
‫ارتباط‬
‫ميان‬
‫ورودي‬
‫و‬
‫خروجي‬
‫يا‬
‫رابطة‬
‫علت‬
‫و‬
‫معلولي‬
‫فرايند‬
‫را‬
‫نشان‬
‫مي‬
‫دهد‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
10
‫تبدیل‬ ‫تابع‬
:
Transfer Function
‫تابع‬
‫تبدیل‬
‫یک‬
‫سیستم‬
‫عبارت‬
‫است‬
‫از‬
‫نسبت‬
‫خروجی‬
‫سیستم‬
‫به‬
‫ورودی‬
‫آن‬
.
‫در‬
‫صورتیکه‬
‫شرایط‬
‫اولیه‬
‫صفر‬
‫باشد‬
‫معموال‬
‫از‬
‫ورودی‬
‫و‬
‫خروجی‬
‫تبدیل‬
‫الپالس‬
‫گرف‬
‫ته‬
‫و‬
‫نسبت‬
‫تبدیالت‬
‫الپالس‬
‫خروجی‬
‫به‬
‫ورودی‬
‫که‬
‫اطالعات‬
‫زیادی‬
‫در‬
‫مورد‬
‫رفتار‬
‫ویژگ‬
‫یهای‬
‫فیزیکی‬
‫سیستم‬
‫را‬
‫ارائه‬
‫میکند‬
‫تابع‬
‫تبدیل‬
‫در‬
‫فضای‬
‫الپالس‬
‫یا‬
‫مختصرا‬
‫ت‬
‫ابع‬
‫تبدیل‬
‫مینامند‬
.
*
‫در‬
‫ارتباط‬
‫با‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫گسسته‬
‫بجای‬
‫تبدیل‬
‫الپالس‬
‫از‬
‫تبدیل‬
(z-transform)
‫استفاده‬
‫میشود‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
11
‫مشخصه‬ ‫معادله‬
:
Characteristic Equation
‫مخرج‬
‫تابع‬
‫تبدیل‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫را‬
‫معادله‬
‫مشخصه‬
‫مینامند‬
.
‫همین‬
‫معادله‬
‫است‬
‫که‬
‫در‬
‫بحث‬
‫پایداری‬
‫در‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترل‬
‫بسیار‬
‫مورد‬
‫استفاده‬
‫قرار‬
‫میگی‬
‫رد‬
.
Y(s)=G(s)E(s)
E(s)=U(s)-H(s)Y(s)
Y(s)=G(s)[U(s)-H(s)Y(s)]
Y(s)=G(s)U(s)-G(s)H(s)Y(s)  Y(s)[1+G(s)H(s)]=G(s)U(s)
System transfer function =Y(s)/U(s) =G(s)/[1+G(s)H(s)]
System characteristic equation= 1+ G(s)H(s)
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
12
‫خطی‬ ‫غیر‬ ‫و‬ ‫خطی‬ ‫کنترل‬ ‫های‬ ‫سیستم‬
Linear And Nonlinear Control Systems

‫وقتی‬
‫مقدار‬
‫سیگنالهای‬
‫موجود‬
‫در‬
‫یک‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫در‬
‫حدی‬
‫باشد‬
‫که‬
‫اجز‬
‫ا‬
‫سیستم‬
‫به‬
‫طور‬
‫غیر‬
‫خطی‬
‫عمل‬
‫کنند‬
(
‫یعنی‬
‫اصل‬
‫جمع‬
‫اثار‬
‫بر‬
‫رفتار‬
‫آنها‬
‫حاکم‬
‫ب‬
‫اشد‬
)
‫سیستم‬
‫را‬
‫خطی‬
‫در‬
‫نظر‬
‫میگیرند‬
.

‫اما‬
‫وقتی‬
‫که‬
‫مقدار‬
‫عالئم‬
‫از‬
‫حد‬
‫عملکرد‬
‫خطی‬
‫خارج‬
‫شود‬
‫سیستم‬
‫به‬
‫طور‬
‫غیر‬
‫خط‬
‫ی‬
‫عمل‬
‫خواهد‬
،‫کرد‬
‫مثل‬
‫حد‬
‫اشباع‬
‫در‬
‫آمپلی‬
‫فایرها‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
13
‫زمان‬ ‫کنترل‬ ‫های‬ ‫سیستم‬
-
‫زمان‬ ‫و‬ ‫ثابت‬
-
‫متغییر‬
:

‫زمان‬ ‫کنترل‬ ‫های‬ ‫سیستم‬
-
‫زمان‬ ‫و‬ ‫ثابت‬
-
‫متغییر‬
Time-Invariant And Time-Varying Control Systems
-
‫هرگاه‬
‫پارامترهای‬
‫یک‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫با‬
‫گذشت‬
‫زمان‬
‫تغییر‬
‫نکرده‬
‫و‬
‫به‬
‫طور‬
‫د‬
‫ائم‬
‫ثابت‬
،‫باشد‬
‫سیستم‬
‫را‬
‫زمان‬
‫ثابت‬
‫یا‬
LTI
‫میخوانند‬
.
-
‫حال‬
‫آنکه‬
‫اگر‬
‫پارامتری‬
‫در‬
‫سیستم‬
‫موجود‬
‫باشد‬
‫که‬
‫با‬
‫زمان‬
‫تغییر‬
‫کند‬
‫سیست‬
‫م‬
‫را‬
‫زمان‬
‫متغییر‬
‫میخوانند‬
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
14
‫زمانی‬ ‫گسسته‬ ‫و‬ ‫پیوسته‬ ‫های‬ ‫سیستم‬
:

‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترل‬
‫پیوسته‬
‫و‬
‫گسسته‬
‫زمانی‬
Continuous-Time And Discrete-Time Control Systems
-
‫در‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترل‬
‫پیوسته‬
‫زمانی‬
‫کلیه‬
‫سیگنالها‬
‫در‬
‫تمامی‬
‫بخش‬
‫های‬
‫س‬
‫یستم‬
‫به‬
‫صورت‬
‫تابعی‬
‫پیوسته‬
‫از‬
‫متغییر‬
‫زمان‬
‫هستند‬
.
-
‫درحالیکه‬
‫در‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫گسسته‬
‫حاوی‬
‫عالئمی‬
‫به‬
‫صورت‬
‫پالسهای‬
‫منفرد‬
‫بو‬
‫ده‬
‫و‬
‫نقل‬
‫و‬
‫انتقال‬
‫اطالعات‬
‫معموال‬
‫از‬
‫طریق‬
‫کدهای‬
‫رقمی‬
‫انجام‬
‫میشود‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
15
‫مختلط‬ ‫تابع‬ ‫و‬ ‫مختلط‬ ‫متغییر‬
:
*
‫مختلط‬ ‫متغییر‬
:
‫یک‬
‫متغییر‬
‫مختلط‬
‫مانند‬
s
‫فرض‬
‫میشود‬
‫که‬
‫دارای‬
‫دو‬
‫مولفه‬
‫است‬
.
‫یک‬
‫مولفه‬
‫حقیقی‬
‫و‬
‫یک‬
‫مولفه‬
‫مجازی‬
‫یا‬
‫موهومی‬
.
*
‫مختلط‬ ‫تابع‬
:
‫تابع‬
G(s)
‫را‬
‫تابعی‬
‫مختلط‬
‫از‬
‫متغیر‬
‫مختلط‬
s
‫خوانند‬
‫اگر‬
‫برای‬
‫هر‬
s
‫مقداری‬
‫متناظر‬
‫با‬
‫آن‬
‫مثل‬
G(s)
‫وجود‬
‫داشته‬
‫باشد‬
.
‫از‬
‫آنجا‬
‫که‬
s
‫دارای‬
‫قسمت‬
‫حقیقی‬
‫و‬
‫موهومی‬
‫است‬
‫پس‬
G(s)
‫نیز‬
‫دارای‬
‫بخش‬
‫حقیقی‬
‫و‬
‫موهومی‬
،‫میباشد‬
‫یعنی‬
:
 G(s)=Re (G)+j Im(G)
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
16
‫تابع‬ ‫یک‬ ‫قطبهای‬ ‫و‬ ‫منفرد‬ ‫نقاط‬ ‫و‬ ‫تحلیلی‬ ‫توابع‬
:
‫تحليلی‬ ‫توابع‬
:
‫تابع‬
G(s)
‫از‬
‫متغیر‬
‫مختلط‬
s
‫را‬
‫تابع‬
‫تحلیلی‬
‫می‬
‫خوانند‬
‫اگر‬
‫تابع‬
G(s)
‫و‬
‫همه‬
‫مشتقات‬
‫آن‬
‫در‬
‫ناحیه‬
‫مزبور‬
‫موجود‬
‫باشند‬
.
‫تابع‬ ‫يک‬ ‫قطبهای‬ ‫و‬ ‫منفرد‬ ‫نقاط‬
:
‫نقاط‬
‫منفرد‬
‫یک‬
‫تابع‬
،‫مختلط‬
‫نقاطی‬
‫از‬
‫صفحه‬
s
‫هستند‬
‫که‬
‫در‬
‫آنها‬
‫تابع‬
‫یا‬
‫مشتقات‬
‫آن‬
‫موجود‬
‫نباشد‬
.
‫قطب‬
‫معمولی‬
‫ترین‬
‫نوع‬
‫نقاط‬
‫منفرد‬
‫بوده‬
‫و‬
‫نقش‬
‫بسیار‬
‫مهمی‬
‫در‬
‫مطالعه‬
‫سیستم‬
‫ها‬
‫ی‬
‫کنترل‬
‫دارد‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
17
‫کنترلی‬ ‫های‬ ‫سيستم‬ ‫بندی‬ ‫دسته‬

‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬

‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
18
‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬
Open-Loop Sontrol System
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫حلقه‬
‫باز‬
‫یک‬
‫کنترل‬
‫کننده‬
‫و‬
‫عملگر‬
‫را‬
‫به‬
‫کار‬
‫می‬
‫برد‬
‫تا‬
‫پ‬
‫اسخ‬
‫مطلوب‬
‫را‬
‫به‬
‫دست‬
‫آورد‬
.
‫فرمان‬
‫های‬
‫کنترلی‬
‫توسط‬
‫کنترل‬
‫کننده‬
‫صادر‬
‫می‬
‫شد‬
‫و‬
‫عمل‬
‫گر‬
‫فرمانها‬
‫را‬
‫بر‬
‫روی‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫شونده‬
‫اعمال‬
‫می‬
‫کند‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
19
‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬
(
‫فیدبک‬
)
‫در‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
(
‫فیدبک‬
)
،
‫خروجی‬
‫واقعی‬
‫سیستم‬
‫اندازه‬
‫گیری‬
‫می‬
‫شود‬
‫و‬
‫م‬
‫قدار‬
‫آن‬
‫با‬
‫پاسخ‬
‫مطلوب‬
‫مقایسه‬
‫می‬
‫شود‬
(
‫شکل‬
1
‫ب‬
)
‫بر‬
‫اساس‬
‫میزان‬
‫اختالف‬
‫موجود‬
‫کنترل‬
‫کننده‬
‫فرمان‬
‫مناسب‬
‫را‬
‫صادر‬
‫می‬
‫کند‬
‫و‬
‫عملگر‬
‫این‬
‫فرمان‬
‫را‬
‫بر‬
‫روی‬
‫سیستم‬
‫اجرا‬
‫می‬
‫کند‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
20
‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ‫مثال‬
‫اتاق‬ ‫دمای‬

‫سیستم‬
‫تنظیم‬
‫دمای‬
‫اتاق‬
‫را‬
‫در‬
‫نظ‬
‫ر‬
‫بگیرید‬
.
‫میزان‬
‫دمای‬
‫اتاق‬
‫به‬
‫طور‬
‫پیوسته‬
‫اندازه‬
‫گیری‬
‫می‬
‫شود‬
‫و‬
‫مقد‬
‫ار‬
‫آن‬
‫با‬
‫میزان‬
‫دمای‬
‫مطلوب‬
‫که‬
‫توسط‬
‫کاربر‬
‫به‬
‫سیستم‬
‫داده‬
،‫شده‬
‫مقایس‬
‫ه‬
‫می‬
‫شود‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
21

‫در‬
‫صورتی‬
‫که‬
‫دمای‬
‫اتاق‬
‫از‬
‫مقدار‬
‫مطلوب‬
‫کمتر‬
‫باشد‬
‫سیستم‬
‫گرمایشی‬
‫فعال‬
‫تر‬
‫م‬
‫ی‬
‫شود‬
‫تا‬
‫این‬
‫اختالف‬
‫جبران‬
‫شود‬
.
‫در‬
‫صورتی‬
‫که‬
‫دمای‬
‫اتاق‬
‫از‬
‫مقدار‬
‫مطلوب‬
‫بیشتر‬
‫باشد‬
‫فعالیت‬
‫سیستم‬
‫گرمایشی‬
‫کم‬
‫می‬
‫شود‬
‫ت‬
‫ا‬
‫دمای‬
‫اتاق‬
‫به‬
‫مقدار‬
‫مطلوب‬
‫برسد‬
.
‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ‫مثال‬
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
22
‫کنترل‬ ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫نظریة‬ ‫های‬ ‫کاربرد‬

‫کاربرد‬
‫های‬
‫بسیار‬
‫زیادی‬
‫در‬
‫حوزة‬
‫علوم‬
‫بیولوژیکی‬

‫در‬
‫حوزة‬
‫علوم‬
‫پزشکی‬

‫تولید‬
‫تجهیزات‬
‫تشخیص‬
‫پزشکی‬

‫اعضاء‬
‫مصنوعی‬

‫توصیف‬
‫کمی‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترل‬
‫بیولوژیکی‬
‫از‬
‫جملة‬
‫این‬
‫کاربردهاست‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
‫توحیدخواه‬ ‫دکتر‬ 23
‫دامنه‬
‫کنترل‬ ‫های‬ ‫سیستم‬

‫دامنه‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترل‬
‫مورد‬
‫نظر‬
‫از‬
‫سطح‬
‫سلولی‬
‫تا‬
‫س‬
‫طح‬
‫اعصاب‬
‫مرکزی‬
‫و‬
‫سعت‬
‫دارد‬
‫ازجمله‬
‫شامل‬
‫تنظیم‬
،‫دما‬
‫کنترل‬
‫دستگاه‬
‫تنفس‬
‫و‬
‫کنترل‬
‫قلب‬
‫است‬
.
‫بیشتر‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنتر‬
‫ل‬
‫فیزیولوژیکی‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
‫اند‬
‫اما‬
‫در‬
‫اغلب‬
‫این‬
‫سیستم‬
‫ها‬
‫بیش‬
‫از‬
‫یک‬
‫حلقه‬
‫وجود‬
‫دارد‬
‫بدین‬
‫ترتیب‬
‫که‬
‫حلقه‬
‫های‬
‫کنترلی‬
‫م‬
‫تعدد‬
‫در‬
‫درون‬
‫یکدیگر‬
‫وجود‬
‫دارند‬
.

‫مثال‬
:
‫مصنوعي‬ ‫دست‬
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
24
‫پیچیده‬ ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫کنترل‬ ‫روش‬
:

‫برای‬
‫کنترل‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫پیچیده‬
‫باید‬
‫مدل‬
‫های‬
‫کمی‬
(
‫ریاضی‬
)
‫این‬
‫سیست‬
‫م‬
‫ها‬
‫را‬
‫به‬
‫دست‬
‫آورد‬
.
‫بنابراین‬
‫الزم‬
‫است‬
‫که‬
‫رابطه‬
‫بین‬
‫متغیرهای‬
‫سیستم‬
‫را‬
‫تحلیل‬
‫ک‬
‫رده‬
‫و‬
‫مدل‬
‫ریاضی‬
‫مناسب‬
‫به‬
‫دست‬
‫آورد‬
.
‫از‬
‫آنجا‬
‫که‬
‫اغلب‬
‫سیستم‬
‫ها‬
ً‫ا‬‫ذات‬
‫دینامیک‬
‫می‬
‫باشند‬
‫معادالت‬
‫توصیف‬
‫کنندة‬
‫این‬
‫سیستم‬
‫ها‬
ً‫ا‬‫عموم‬
‫معادالت‬
‫دیفرانسیلی‬
‫خ‬
‫واهند‬
‫بود‬
.

‫با‬
‫استفاده‬
‫از‬
‫روش‬
‫تبدیل‬
‫الپالس‬
‫معادالت‬
‫دیفرانسیل‬
‫خطی‬
‫تغییر‬
‫ناپذی‬
‫ر‬
‫با‬
‫زمان‬
‫به‬
‫معادالت‬
‫جبری‬
‫تبدیل‬
‫می‬
‫شود‬
‫تا‬
‫تحلیل‬
‫و‬
‫طراحی‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترل‬
‫کنن‬
‫ده‬
‫ساده‬
‫تر‬
‫شود‬
.
‫در‬
‫عمل‬
‫پیچیدگی‬
‫سیستم‬
‫ها‬
‫و‬
‫عدم‬
‫آگاهی‬
‫از‬
‫تمام‬
‫عوامل‬
‫موجود‬
‫الزم‬
‫می‬
‫دارد‬
‫که‬
‫فرض‬
‫هایی‬
‫در‬
‫مورد‬
‫عملکرد‬
‫سیستم‬
‫در‬
‫نظر‬
‫گرفته‬
‫شود‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
25
‫كنترل‬ ‫هاي‬ ‫روش‬
‫برای‬
‫درك‬
‫مفاهیم‬
‫کنترل‬
‫مقدماتی‬
‫در‬
‫مورد‬
‫ابزار‬
‫های‬
‫ریاضی‬
‫و‬
‫نمادهای‬
‫گرافیکی‬
‫نشان‬
‫دهندة‬
‫ساختار‬
‫سیستم‬
‫ها‬
‫نیاز‬
‫است‬
.
.1
‫تبدیل‬
‫الپالس‬
.2
‫تابع‬
‫تبدیل‬
‫سیستم‬
.3
‫نمایش‬
‫سیستم‬
‫با‬
‫بلوك‬
‫دیاگرام‬
.4
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترل‬
‫حلقه‬
‫باز‬
‫و‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
26
1
-
‫الپالس‬ ‫تبدیل‬
:
‫در‬
‫اغلب‬
‫سیستم‬
‫ها‬
‫ارتباط‬
‫بین‬
‫متغیرهای‬
‫ورودی‬
‫و‬
‫خروجی‬
‫سیستم‬
‫با‬
‫مع‬
‫ادالت‬
‫دیفرانسیل‬
‫مشخص‬
‫می‬
‫شود‬
.
‫روش‬
‫تبدیل‬
‫الپالس‬
‫معادالت‬
‫دیفرانسی‬
‫لی‬
‫را‬
‫که‬
‫حل‬
‫آنها‬
‫مشکل‬
‫است‬
‫به‬
‫معادالت‬
‫جبری‬
‫تبدیل‬
‫می‬
‫کند‬
.

‫الپالس‬ ‫تبديل‬ ‫تعريف‬
 
0
( ) ( ) ( ) st
L f t F s f t e dt


  
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
27
‫مهم‬ ‫تابع‬ ‫چند‬ ‫الپالس‬ ‫تبدیل‬
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
28
‫الپالس‬ ‫تبدیل‬ ‫مهم‬ ‫خاصیت‬ ‫چند‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
29
‫مثال‬
1
:
.
‫برای‬
‫تشریح‬
‫سودمندی‬
‫تبدیل‬
،‫الپالس‬
‫سیستم‬
‫متشکل‬
‫از‬
،‫فنر‬
‫جرم‬
‫و‬
‫دمپر‬
‫با‬
‫استفاده‬
‫از‬
‫تبدیل‬
‫الپالس‬
‫تحلیل‬
‫می‬
‫شود‬
.
‫مبدا‬
‫وضعیت‬
‫تعاد‬
‫ل‬
‫فنر‬
‫و‬
‫دمپر‬
‫است‬
‫یعنی‬
‫جایی‬
‫که‬
‫هیچ‬
‫نوع‬
‫فشردگی‬
‫یا‬
‫کشیدگی‬
‫به‬
‫فن‬
‫ر‬
‫و‬
‫دمپر‬
‫تحمیل‬
‫نشده‬
‫و‬
‫هیچ‬
‫نیرویی‬
‫تولید‬
‫نمی‬
‫کنند‬
.
‫جرم‬ ‫مكانيك‬ ‫سيستم‬
-
‫فنر‬
-
‫دمپر‬
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
30
‫مثال‬
1
:
‫نیوتن‬ ‫دوم‬ ‫قانون‬ ‫از‬ ‫استفاده‬ ‫با‬ ‫سیستم‬ ‫این‬ ‫کنندة‬ ‫توصیف‬ ‫معادالت‬
‫صورت‬ ‫به‬
‫رابطة‬
(
1
)
‫شود‬ ‫می‬ ‫نوشته‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
31
‫هدف‬
:

‫است‬ ‫زمان‬ ‫از‬ ‫تابعی‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫سیستم‬ ‫پاسخ‬ ‫آوردن‬ ‫دست‬ ‫به‬
.
‫ف‬
‫رض‬
‫که‬ ‫کنید‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
32

‫معادلة‬ ‫الپالس‬ ‫تبدیل‬
(
1
)
‫است‬ ‫زیر‬ ‫صورت‬ ‫به‬
(
‫جدول‬
2
‫ببینید‬ ‫را‬
:)

‫آید‬ ‫می‬ ‫دست‬ ‫به‬ ‫چنین‬ ‫حسب‬ ‫بر‬ ‫معادله‬ ‫این‬ ‫حل‬ ‫از‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
33

‫مخرج‬ ‫ای‬ ‫جمله‬ ‫چند‬ ‫های‬ ‫ریشه‬ ‫تعریف‬ ‫به‬ ‫بنا‬
«
‫قطب‬
»
‫ای‬ ‫جمله‬ ‫چند‬ ‫های‬ ‫ریشه‬ ‫و‬
‫صورت‬
«
‫صفر‬
»
‫شوند‬ ‫می‬ ‫نامیده‬
.

‫فرض‬
‫کنید‬
‫باشد‬
‫در‬
‫این‬
‫صورت‬
‫معادلة‬
(
4
)
‫چنین‬
‫می‬
‫شود‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
34

‫برای‬
‫تبدیل‬
‫به‬
‫فرم‬
‫های‬
‫موجود‬
‫در‬
‫جدول‬
1
‫از‬
‫گسترش‬
‫کسرهای‬
‫جزئی‬
‫استفاده‬
‫می‬
‫شود‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
35
‫ضرایب‬
‫که‬
‫مادنه‬
‫نامیده‬
‫می‬
،‫شوند‬
‫به‬
‫سادگی‬
‫قابل‬
‫محاسبه‬
‫اند‬
(
‫از‬
‫سمت‬
‫راست‬
‫معادلة‬
(
6
)
‫مخرج‬
‫مشترك‬
‫بگیرید‬
‫و‬
‫صورت‬
‫رابطة‬
‫حاصل‬
‫را‬
‫با‬
‫صورت‬
‫سمت‬
‫مخرج‬
‫راست‬
‫رابطة‬
(
5
)
‫هم‬
‫ارز‬
‫قرار‬
‫دهید‬
)
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
36

‫تبدیل‬
‫عکس‬
‫رابطة‬
(
7
)
‫با‬
‫توجه‬
‫به‬
‫جدول‬
1
‫به‬
‫صورت‬
‫رابطة‬
(
8
)
‫قابل‬
‫محاسبه‬
‫است‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
37
‫سیستم‬ ‫خروجی‬ ‫زمانی‬ ‫رفتار‬
:
‫سیستم‬
‫شکل‬
3
‫در‬
‫حالتی‬
‫که‬
‫هیچ‬
‫نیرویی‬
‫به‬
‫آن‬
‫وارد‬
‫نمی‬
‫شود‬
‫به‬
‫دلیل‬
‫وجو‬
‫د‬
‫شرایط‬
‫اولیة‬
(
‫قرار‬
‫گرفتن‬
‫جرم‬
‫در‬
‫موقعیت‬
)
‫تحریک‬
‫می‬
‫شود‬
‫و‬
‫در‬
‫نهای‬
‫ت‬
‫در‬
‫وضعیت‬
‫تعادل‬
‫قرار‬
‫می‬
‫گیرد‬
.
‫شرایطی‬
‫که‬
‫در‬
‫آن‬
‫فنر‬
‫و‬
‫دمپر‬
‫فشردگی‬
‫یا‬
‫کشیدگی‬
‫ندارند‬
.
‫شكل‬
4
.
‫مثال‬ ‫سيستم‬ ‫خروجي‬ ‫منحني‬
1

‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
38
2
-
‫سیستم‬ ‫تبدیل‬ ‫تابع‬
:
‫نسبت‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫زمان‬ ‫با‬ ‫تغییرناپذیر‬ ‫خطی‬ ‫سیستم‬ ‫یک‬ ‫تبدیل‬ ‫تابع‬
‫الپالس‬ ‫تبدیل‬
‫ورودی‬ ‫متغیر‬ ‫الپالس‬ ‫تبدیل‬ ‫به‬ ‫خروجی‬ ‫متغیر‬
(
‫شرا‬ ‫بودن‬ ‫صفر‬ ‫فرض‬ ‫با‬
‫اولیه‬ ‫یط‬
)
‫شود‬ ‫می‬ ‫تعریف‬
.
‫است‬ ‫نظر‬ ‫مورد‬ ‫سیستم‬ ‫دینامیک‬ ‫دهندة‬ ‫نشان‬ ‫سیستم‬ ‫تبدیل‬ ‫تابع‬
.
‫تاب‬
‫تبدیل‬ ‫ع‬
‫اطالعات‬ ‫هیچ‬ ‫و‬ ‫کند‬ ‫می‬ ‫بیان‬ ‫را‬ ‫سیستم‬ ‫رفتار‬ ‫از‬ ‫خروجی‬ ‫و‬ ‫ورودی‬ ‫توصیف‬
‫از‬ ‫ی‬
‫شود‬ ‫نمی‬ ‫شامل‬ ‫را‬ ‫سیستم‬ ‫درونی‬ ‫ساختار‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
‫پزشكی‬ ‫در‬ ‫اطالعات‬ ‫فنآوری‬ ‫کاربرد‬
-
‫کنترل‬ 39
‫مثال‬
2
:

‫تابع‬
‫تبدیل‬
‫سیستم‬
‫جرم‬
-
‫فنر‬
-
‫دمپر‬
‫توصیف‬
‫شده‬
‫در‬
‫مثال‬
1
،
‫از‬
‫روی‬
‫معادله‬
(
1
)
‫و‬
‫با‬
‫صفر‬
‫قرار‬
‫دادن‬
‫شرایط‬
‫اولیه‬
‫به‬
‫صورت‬
‫زیر‬
‫به‬
‫دست‬
‫می‬
‫آید‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
40
3
-
‫دیاگرام‬ ‫بلوك‬ ‫با‬ ‫سیستم‬ ‫نمایش‬

‫سیستم‬
‫های‬
‫دینامیک‬
‫که‬
‫عناصر‬
‫سازندة‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترلی‬
‫هستند‬
‫به‬
‫طور‬
‫ریاضی‬
‫توسط‬
‫معادالت‬
‫دیفرانسیل‬
‫نشان‬
‫داده‬
‫می‬
‫شوند‬
.
‫در‬
‫بخش‬
10
-
2
‫بیان‬
‫شد‬
‫که‬
‫تبدیل‬
‫الپالس‬
‫این‬
‫مساله‬
‫را‬
‫به‬
‫حل‬
‫معادالت‬
‫جبری‬
‫تبدیل‬
‫می‬
‫ک‬
‫ند‬
.

‫ارتباط‬
‫ورودی‬
‫و‬
‫خروجی‬
‫توسط‬
‫تابع‬
‫تبدیل‬
‫نشان‬
‫داده‬
‫می‬
‫شود‬
‫که‬
‫در‬
‫واق‬
‫ع‬
‫ارتباط‬
‫متغیرهای‬
‫کنترل‬
‫شونده‬
‫و‬
‫متغیرهای‬
‫کنترل‬
‫کننده‬
‫را‬
‫مشخص‬
‫م‬
‫ی‬
‫کند‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
41
‫دیاگرام‬ ‫بلوك‬
:
‫در‬
‫مهندسی‬
‫کنترل‬
‫از‬
‫بلوك‬
‫دیاگرام‬
‫ها‬
‫برای‬
‫نشان‬
‫دادن‬
‫گرافیک‬
‫ی‬
‫ارتباط‬
‫ورودی‬
‫ها‬
‫و‬
‫خروجی‬
‫ها‬
‫استفاده‬
‫می‬
‫شود‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
42
‫مثال‬
3
.

‫بلوك‬
‫دیاگرام‬
‫سیستم‬
‫جرم‬
-
‫فنر‬
-
‫دمپر‬
‫معرفی‬
‫شده‬
‫در‬
‫مثال‬
1
‫که‬
‫تابع‬
‫تبدیل‬
‫آن‬
‫در‬
‫مثال‬
2
‫به‬
‫دست‬
‫آمد‬
‫در‬
‫شکل‬
5
‫نشان‬
‫داده‬
‫شده‬
‫است‬
.
‫شكل‬
5
.
‫مثال‬ ‫سيستم‬ ‫دياگرامي‬ ‫بلوك‬ ‫نمايش‬
1
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
43
4
-
‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫و‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ‫های‬ ‫سیستم‬
‫در‬
‫شکل‬
‫زیر‬
‫بلوك‬
‫دیاگرام‬
‫سیستم‬
‫حلقه‬
‫باز‬
‫و‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
‫نشان‬
‫داده‬
‫ش‬
‫ده‬
‫است‬
.
‫تفاوت‬
‫عمده‬
‫بین‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫حلقه‬
‫باز‬
‫و‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
‫تولید‬
‫و‬
‫اس‬
‫تفاده‬
‫از‬
‫سیگنال‬
‫خطا‬
‫ست‬
.
‫هدف‬
‫سیستم‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
‫کاهش‬
‫سیگنال‬
‫خطا‬
‫به‬
‫ح‬
‫داقل‬
‫مقدار‬
‫ممکن‬
‫است‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
44

‫است‬ ‫چنین‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫خروجی‬
:

‫است‬ ‫چنین‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫خروجی‬
:

‫بنابراین‬ ‫و‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
45
‫پ‬ ‫تغییرات‬ ‫به‬ ‫نسبت‬ ‫کنترل‬ ‫های‬ ‫سیستم‬ ‫حساسیت‬
‫ارامترها‬

‫تبدیل‬ ‫تابع‬ ‫توسط‬ ‫که‬ ‫فرآیندی‬
G(s)
‫آن‬ ‫ماهیت‬ ‫از‬ ‫صرفنظر‬ ‫شود‬ ‫می‬ ‫مشخص‬
‫مقادیر‬ ‫محاسبة‬ ‫در‬ ‫توانایی‬ ‫عدم‬ ،‫فرسودگی‬ ،‫محیط‬ ‫تغییرات‬ ‫تاثیر‬ ‫تحت‬
‫دقیق‬
‫گیرد‬ ‫می‬ ‫قرار‬ ‫طبیعی‬ ‫عوامل‬ ‫سایر‬ ‫و‬ ‫فرآیند‬ ‫پارامترهای‬
.

‫سیستم‬ ‫در‬
‫باز‬ ‫حلقه‬
‫خروج‬ ‫مستقیم‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫خطاها‬ ‫و‬ ‫تغییرات‬ ‫این‬
‫را‬ ‫ی‬
‫دهند‬ ‫می‬ ‫قرار‬ ‫تاثیر‬ ‫تحت‬
.

‫د‬ ‫را‬ ‫فرایند‬ ‫تغییرات‬ ‫از‬ ‫ناشی‬ ‫خروجی‬ ‫تغییر‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫اما‬
‫یابد‬ ‫می‬ ‫ر‬
‫کند‬ ‫می‬ ‫آن‬ ‫تصحیح‬ ‫در‬ ‫سعی‬ ‫و‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
46
‫حساس‬ ‫کاهش‬ ‫در‬ ‫آن‬ ‫توانایی‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫عمده‬ ‫مزیت‬
‫یت‬
‫است‬ ‫سیستم‬
:

‫تو‬ ‫با‬ ‫صورت‬ ‫این‬ ‫در‬ ‫باشد‬ ‫اگر‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫کنترلی‬ ‫سیستم‬ ‫در‬
‫به‬ ‫جه‬
‫معادلة‬
(
12
)
‫داریم‬
:
R(s)=C(s)
(13)

‫شود‬ ‫می‬ ‫یکی‬ ‫ورودی‬ ‫مقدار‬ ‫با‬ ‫خروجی‬ ‫مقدار‬ ‫یعنی‬
.
‫ش‬ ‫می‬ ‫موجب‬ ‫شرط‬ ‫البته‬
‫ود‬
‫گردد‬ ‫ناپایدار‬ ‫حتی‬ ‫یا‬ ‫شده‬ ‫نوسانی‬ ‫شدت‬ ‫به‬ ‫سیستم‬ ‫پاسخ‬ ‫که‬
.
‫این‬ ‫اما‬
‫حقیقت‬
‫اثر‬ ‫تبدیل‬ ‫تابع‬ ‫بزرگی‬ ‫افزایش‬ ‫با‬ ‫که‬
G(s)
‫مفهوم‬ ‫یابد‬ ‫می‬ ‫کاهش‬ ‫خروجی‬ ‫بر‬
‫است‬ ‫سودمندی‬ ‫بسیار‬
.
G(s)>>1
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir 47
‫بس‬ ‫حلقه‬ ‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫در‬ ‫نویز‬ ‫و‬ ‫اغتشاش‬
‫ته‬
:

‫اغلب‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترل‬
‫تحت‬
‫تاثیر‬
‫سیگنال‬
‫های‬
‫اغتشاش‬
‫بیرون‬
‫ی‬
‫قرار‬
‫می‬
‫گیرند‬
‫که‬
‫در‬
‫نتیجه‬
‫بر‬
‫روی‬
‫خروجی‬
‫اثر‬
‫نامطلوب‬
‫می‬
‫گذارد‬
.
‫برای‬
‫مثال‬
‫در‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫جهت‬
‫یک‬
‫آنتن‬
‫ماهواره‬
‫ای‬
‫وزش‬
‫باد‬
،
‫اغتشاش‬
‫ناخواست‬
‫ه‬
‫است‬
.
‫نویزی‬
‫که‬
‫در‬
‫اکثر‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترلی‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
‫به‬
‫وجود‬
‫م‬
‫ی‬
‫آید‬
‫نویز‬
‫ایجاد‬
‫شده‬
‫توسط‬
‫سنسور‬
‫اندازه‬
‫گیری‬
‫است‬
.
‫سیستم‬
‫های‬
‫حلقه‬
‫ب‬
‫سته‬
‫این‬
‫قابلیت‬
‫مهم‬
‫را‬
‫دارند‬
‫که‬
‫اثر‬
‫اغتشاش‬
‫و‬
‫عوامل‬
‫ناخواستة‬
‫بیرونی‬
‫را‬
‫ک‬
‫اهش‬
‫دهند‬
.
48
‫اثر‬ ‫بررسی‬
‫اغتشاش‬
:

‫با‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫به‬ ‫اغتشاشی‬ ‫ورودی‬ ‫زیر‬ ‫شکل‬ ‫در‬
D(s)
‫شده‬ ‫داده‬ ‫نشان‬
‫است‬
.
‫بگ‬ ‫نظر‬ ‫در‬ ‫سیستم‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫را‬ ‫اغتشاش‬ ‫اثر‬ ‫فقط‬ ‫بخواهیم‬ ‫اگر‬
‫یریم‬
‫ورودی‬
R(s)
‫گیریم‬ ‫می‬ ‫نظر‬ ‫در‬ ‫صفر‬ ‫را‬
.
‫خروجی‬ ‫مقدار‬
Y(s)
‫ازاء‬ ‫به‬
‫ورود‬
D(s)
‫رابطة‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫سیستم‬ ‫به‬
(
14
)
‫باشد‬ ‫می‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
49
G1(s)G2(s)>>1 ‫حال‬
‫اگر‬
‫و‬
،‫باشد‬
‫با‬
‫توجه‬
‫به‬
‫رابطة‬
(
14
)
‫اثر‬
‫اغتشاش‬
‫در‬
‫خروجی‬
‫بسیار‬
‫کوچک‬
‫می‬
‫شود‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
50
‫دائمی‬ ‫حالت‬ ‫خطای‬

‫نکتة‬
‫مهمی‬
‫که‬
‫در‬
‫مورد‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترل‬
‫باید‬
‫مورد‬
‫بررسی‬
‫قرار‬
‫گیرد‬
‫میزان‬
‫خطای‬
‫نهایی‬
‫سیستم‬
(
‫اختالف‬
‫خروجی‬
‫مطلوب‬
‫و‬
‫مو‬
‫جود‬
‫در‬
‫حالت‬
‫دائمی‬
)
‫است‬
.
‫خطای‬
‫سیستم‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
‫شکل‬
6
‫به‬
‫صورت‬
‫زیر‬
‫است‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
51

‫جدول‬ ‫خواص‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬
1
‫زیر‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫پله‬ ‫ورودی‬ ‫ازاء‬ ‫به‬ ‫خطای‬ ‫نهایی‬ ‫مقدار‬
‫است‬
:

‫مقدار‬ ‫که‬ ‫شد‬ ‫خواهد‬ ‫نزدیک‬ ‫صفر‬ ‫به‬ ‫دائمی‬ ‫حالت‬ ‫خطای‬ ‫مقدار‬ ‫شرطی‬ ‫به‬
‫باشد‬ ‫بزرگ‬
.
‫شکل‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫برای‬
6
‫رابطة‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫خطا‬
(
17
)
‫است‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
52

‫جدول‬ ‫به‬ ‫توجه‬ ‫با‬ ‫باز‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫دائمی‬ ‫حالت‬ ‫خطای‬ ‫پله‬ ‫ورودی‬ ‫ازاء‬ ‫به‬
1
‫به‬
‫است‬ ‫زیر‬ ‫صورت‬
:

‫با‬
‫تنظیم‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫حلقه‬
‫باز‬
‫می‬
‫تواند‬
‫به‬
‫ازاء‬
‫ورودی‬
‫پله‬
‫خطای‬
‫ح‬
‫الت‬
‫دائمی‬
‫صفر‬
‫داشته‬
‫باشد‬
‫البته‬
‫این‬
‫موضوع‬
‫به‬
‫شرطی‬
‫صادق‬
‫است‬
‫که‬
‫پارا‬
‫مترهای‬
‫سیستم‬
‫در‬
‫عمل‬
‫تغییر‬
‫نکنند‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
53
‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫سیستم‬ ‫معایب‬
‫استفاده‬
‫از‬
‫فیدبک‬
‫در‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫باعث‬
‫کاهش‬
‫تاثیر‬
‫تغییر‬
‫پارامتر‬
‫های‬
‫سیستم‬
‫می‬
،‫شود‬
‫اثر‬
‫اغتشاشات‬
‫و‬
‫نویز‬
‫را‬
‫در‬
‫خروجی‬
‫سیستم‬
‫کم‬
‫می‬
،‫کند‬
‫می‬
‫توان‬
‫د‬
‫پاسخ‬
‫گذرای‬
‫سیستم‬
‫را‬
‫بهبود‬
‫بخشد‬
‫و‬
‫منجر‬
‫به‬
‫کاهش‬
‫خطای‬
‫حالت‬
‫دائمی‬
‫شود‬
.
‫با‬
‫این‬
‫وجود‬
‫استفاده‬
‫از‬
‫مزایا‬
‫سیستم‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
‫هزینه‬
‫هایی‬
‫را‬
‫هم‬
‫به‬
‫همراه‬
‫خ‬
‫واهد‬
‫داشت‬
.
‫نخست‬
‫اینکه‬
‫تعداد‬
‫اجزاء‬
‫بکار‬
‫رفته‬
‫برای‬
‫کنترل‬
‫افزایش‬
‫یافته‬
‫و‬
‫پیچیدگی‬
‫روند‬
‫کنترل‬
‫بیشتر‬
‫می‬
‫شود‬
.
‫استفاده‬
‫از‬
‫سنسورها‬
‫برای‬
‫حال‬
‫ت‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
‫ضروری‬
‫است‬
‫که‬
‫خود‬
‫سنسور‬
‫می‬
‫تواند‬
‫عامل‬
‫نویز‬
‫باشد‬
.
‫مهمترین‬
‫م‬
‫وضوع‬
‫در‬
‫سیستم‬
‫حلقه‬
،‫بسته‬
‫امکان‬
‫پیدایش‬
‫ناپایداری‬
‫است‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
54
‫کنترل‬ ‫سیستم‬ ‫عملكرد‬ ‫های‬ ‫مشخصه‬
:
‫توانایی‬
‫تنظیم‬
‫عملکرد‬
‫گذرا‬
‫و‬
‫حالت‬
‫دائمی‬
‫یکی‬
‫از‬
‫مزایای‬
‫عمدة‬
‫سیستم‬
‫ه‬
‫ای‬
‫کنترل‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
‫است‬
.
‫برای‬
‫تحلیل‬
‫و‬
‫طرح‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترل‬
‫بای‬
‫د‬
‫مشخصه‬
‫های‬
‫عملکرد‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫را‬
‫تعریف‬
‫و‬
‫آنها‬
‫کمی‬
‫کنیم‬
.
‫با‬
‫توجه‬
‫به‬
‫ای‬
‫نکه‬
‫سیستم‬
‫های‬
‫کنترل‬
‫اغلب‬
‫دینامیک‬
،‫هستند‬
‫عملکرد‬
‫سیستم‬
ً‫ال‬‫معمو‬
‫ب‬
‫ر‬
‫حسب‬
‫پاسخ‬
‫زمانی‬
‫و‬
‫خطای‬
‫حالت‬
‫دائمی‬
‫برای‬
‫یک‬
‫سیگنال‬
‫ورودی‬
‫خاص‬
‫مشخص‬
‫م‬
‫ی‬
‫شوند‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
55
‫مثال‬
4
.
‫برای‬
‫توضیح‬
‫بیشتر‬
‫مشخصه‬
‫های‬
‫عملکردی‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫حلقه‬
‫بستة‬
‫شکل‬
8
‫را‬
‫در‬
‫نظر‬
‫بگیرید‬
.
‫پاسخ‬
‫این‬
‫سیستم‬
‫تک‬
‫حلقه‬
‫به‬
‫ورودی‬
‫پلة‬
‫واحد‬
(
)
‫را‬
‫تعیین‬
‫می‬
‫کنیم‬
.
‫شكل‬
8
.
‫بستة‬ ‫حلقه‬ ‫سيستم‬
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
56
‫رابطة‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫بسته‬ ‫حلقه‬ ‫خروجی‬
(
19
)
‫است‬
:
‫رابطة‬ ‫صورت‬ ‫به‬ ‫متناظر‬ ‫گذرای‬ ‫خروجی‬ ، ‫الپالس‬ ‫تبدیل‬ ‫جدول‬ ‫به‬ ‫باتوجه‬
(
20
)
‫دست‬ ‫به‬
‫آید‬ ‫می‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
57
‫شکل‬
9
‫شکل‬ ‫سیستم‬ ‫پلة‬ ‫پاسخ‬ ‫زمانی‬ ‫نمودار‬
8
‫دهد‬ ‫می‬ ‫نشان‬ ‫ازاء‬ ‫به‬ ‫را‬
.
‫های‬ ‫معیار‬
‫اند‬ ‫شده‬ ‫معرفی‬ ‫شکل‬ ‫روی‬ ‫بر‬ ‫استاندارد‬ ‫عملکرد‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
58
*
‫زمان‬
‫خیز‬
(Rise Time) Tr
‫مدت‬
‫زمانی‬
‫است‬
‫که‬
‫در‬
‫طی‬
‫آن‬
‫پاسخ‬
‫برای‬
‫اولین‬
‫بار‬
‫به‬
‫مقدار‬
‫نهایی‬
‫می‬
‫رسد‬
.
*
‫زمان‬
‫اوج‬
Tp
(Peak Time)
‫مدت‬
‫زمانی‬
‫است‬
‫که‬
‫پاسخ‬
‫به‬
‫حداکثر‬
‫مقدار‬
‫خود‬
‫می‬
‫رسد‬
.
*
‫زمان‬
‫استقرار‬
Ts
(settling Time)
‫مدت‬
‫زمانی‬
‫است‬
‫که‬
‫در‬
‫طی‬
‫آن‬
‫پاسخ‬
‫در‬
10
%
‫مقدار‬
‫نهایی‬
‫خود‬
‫مستقر‬
‫می‬
‫شود‬
.
*
‫فراجهش‬
Mp
(Over shoot)
‫اختالف‬
‫حداکثر‬
‫مقدار‬
‫پاسخ‬
‫با‬
‫مقدار‬
‫نهایی‬
‫پاسخ‬
‫است‬
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
59
‫سازی‬ ‫جبران‬
:

‫یک‬
‫سیستم‬
‫کنترل‬
‫مناسب‬
‫باید‬
‫پایدار‬
‫باشد‬
‫و‬
‫برای‬
‫فرمان‬
‫های‬
‫ورودی‬
‫به‬
‫پاسخ‬
‫های‬
‫قابل‬
‫قبولی‬
‫منجر‬
،‫شود‬
‫در‬
‫برابر‬
‫تغییرات‬
‫پارامتری‬
‫حساسیت‬
‫کمی‬
‫داشته‬
،‫باشد‬
‫اثرات‬
‫اغتشاشات‬
‫نامطلوب‬
‫را‬
‫حذف‬
‫کند‬
‫و‬
‫خطای‬
‫حالت‬
‫دائمی‬
‫آن‬
‫کم‬
‫باشد‬
.

‫در‬
‫برخی‬
‫سیستم‬
‫ها‬
‫می‬
‫توان‬
‫پارامترهای‬
‫موجود‬
‫را‬
‫چنان‬
‫تنظیم‬
‫کرد‬
‫که‬
‫پ‬
‫اسخ‬
‫مطلوب‬
‫به‬
‫دست‬
‫آید‬
.

‫این‬
‫کار‬
‫در‬
‫مورد‬
‫همة‬
‫سیستم‬
‫ها‬
‫ممکن‬
‫نیست‬
.
‫یعنی‬
‫در‬
‫اغلب‬
،‫موارد‬
‫امکان‬
‫تنظیم‬
‫دلخواه‬
‫پارامترهای‬
‫سیستم‬
‫موجود‬
‫برای‬
‫رسیدن‬
‫به‬
‫مشخصه‬
‫های‬
‫ع‬
‫ملکرد‬
‫مطلوب‬
‫وجود‬
‫ندارد‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
60
‫سازی‬ ‫جبران‬
:

‫بنابراین‬
‫طرح‬
‫و‬
‫ساختار‬
‫سیستم‬
‫تغییر‬
‫داده‬
‫می‬
‫شود‬
‫به‬
‫این‬
‫ترتیب‬
‫که‬
‫یک‬
‫یا‬
‫چند‬
‫جزء‬
‫اضافی‬
‫درون‬
‫ساختار‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
‫قرار‬
‫داده‬
‫می‬
‫شود‬
.

‫این‬
‫جزء‬
‫اضافی‬
‫نقص‬
‫های‬
‫عملکرد‬
‫کلی‬
‫سیستم‬
‫را‬
‫جبران‬
‫یا‬
‫متعادل‬
‫می‬
‫کند‬
.
‫دستگاه‬
‫جبران‬
‫کننده‬
‫ممکن‬
‫است‬
،‫الکتریکی‬
‫مکانیکی‬
‫یا‬
‫سایر‬
‫انواع‬
‫دست‬
‫گاه‬
‫ها‬
‫باشد‬
‫و‬
‫اغلب‬
‫جبران‬
‫کننده‬
‫نامیده‬
‫می‬
‫شود‬
‫و‬
‫در‬
‫محل‬
‫مناسبی‬
‫درون‬
‫حلقه‬
‫قرار‬
‫داده‬
‫می‬
‫ش‬
‫ود‬
‫که‬
‫نوع‬
‫متداول‬
‫آن‬
‫جبران‬
‫کنندة‬
‫متوالی‬
‫است‬
‫که‬
‫درست‬
‫قبل‬
‫از‬
‫سیستم‬
‫کنت‬
‫رل‬
‫شونده‬
‫قرار‬
‫می‬
‫گیرد‬
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
61
‫سازی‬ ‫جبران‬
:
‫معموال‬
‫یک‬
‫یا‬
‫چند‬
‫جز‬
‫اضافی‬
‫درون‬
‫ساختار‬
‫حلقه‬
‫بسته‬
‫قرار‬
‫داده‬
‫میشود‬
.
‫این‬
‫اجزای‬
‫لض‬
‫افی‬
‫نقص‬
‫های‬
‫عملکرد‬
‫کلی‬
‫سیستم‬
‫را‬
‫جبران‬
‫یا‬
‫متعادل‬
‫می‬
‫کنند‬
.
‫دستگاه‬
‫جبران‬
‫کننده‬
‫ممکن‬
‫است‬
،‫الکتریکی‬
‫مکانیکی‬
‫یا‬
‫سایر‬
‫انواع‬
‫دستگاهها‬
‫ب‬
‫اشد‬
‫و‬
‫اغلب‬
‫جبران‬
‫کننده‬
(compensator)
‫نامیده‬
‫میشود‬
‫و‬
‫در‬
‫محل‬
‫مناسبی‬
‫درون‬
‫حلقه‬
‫قرار‬
‫داده‬
‫میشود‬
.
‫مانند‬
‫شکل‬
‫زیر‬
:
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
62
‫شكل‬
10
.
‫متوالي‬ ‫كنندة‬ ‫جبران‬

‫برای‬
‫طراحی‬
‫جبران‬
‫کننده‬
‫به‬
‫منظور‬
‫رسیدن‬
‫به‬
‫مشخصه‬
‫های‬
‫عملکرد‬
‫مطلوب‬
‫روش‬
‫های‬
‫مختلفی‬
‫وجود‬
‫دارد‬
.
‫در‬
‫این‬
‫بحث‬
‫وارد‬
‫جزئیات‬
‫مربوط‬
‫به‬
‫طراحی‬
‫کنترل‬
‫کننده‬
‫نخواهی‬
‫م‬
‫شد‬
.
‫محبی‬ ‫محسن‬ ‫دکتر‬ www.Mohebbii.ir
63
‫تشكر‬ ‫با‬

سیستم-کنترل-خطی-محبی-قسمت-اول.pdf