نویسنده: مهندس محمد كريمي مريداني دانشجوي دكتري مهندسي پزشكي (بيوالكتريك)، دانشگاه آزاد اسلامي واحد علوم و تحقيقات
هر سيستم كنترل داراي سه بخش است: ورودي، پردازش و خروجي. بخش ورودي وضعيت فرايندو ورودي هاي كنترلي اپراتور را تعيين كرده و مي خواند. بخش پردازش با توجه به ورودي ها، پاسخ هاو خروجي هاي لازم را مي سازدو بخش خروجي فرمان هاي توليد شده را به فرايند اعمال مي كند. در سيستم غير خودکار بخش پردازش را اپراتورها انجام مي دهند.
كنترل کننده مغز متفكر يك سيستم پردازش است و تمامي دستوراتي راكه يك فرد در نظر دارد اعمال كند تا پروسه، روندمناسب خود را در پيش گيرد و نهايتا پاسخ مطلوب حاصل شود از طريق كنترل کننده به سيستم فهمانده مي شود. در واقع هرگاه پروسه هايي به تنهايي و بدون استفاده از كنترل كننده در حلقه كنترل قرار گيرند معمولا پاسخ هاي مطلوبي را به لحاظ ويژگي هاي گذرا يا ماندگار نخواهند داشت.بنابراين انتخاب و برنامه ريزي يك كنترل کننده مناسب از مهمترين مراحل يك پروسه بهينه است.انتخاب كنترل کننده با توجه به درجه اهميت پاسخ گذرا يا ماندگار و يا هردو و همچنين ملاحظات اقتصادي ويژه صورت مي پذيرد.
در ابتدا سيگنال خروجي از سنسور وارد كنترلر مي شود و با مقدار مبنا مقايسه مي شود و نتيجه مقايسه كه همان سيگنال خطا است، معمولا در داخل كنترل کننده هم تقويت شده و هم بسته به نوع كنترل کننده و پارامترهاي مورد نظر، عملياتي خاص روي آن انجام مي گيرد سپس حاصل اين عمليات به عنوان سيگنال خروجي كنترل كننده به بلوك بعدي وارد ميشود. مقايسه سيگنال ها و تقويت اوليه در همه كنترل کننده ها صرف نظر از نوع آنها انجام مي گيرد، در واقع اين عمليات بعدي است كه نوع كنترل کننده را مشخص مي كند.
در شماره 141 و 142 از ماهنامه به نحوه ايجاد ساختار يک سيستم کنترلي با جهبه ابزارSISO پرداخته شد.به طور کلي يکي از مهم ترين مشکلات در مورد کنترل کننده ها نحوه تنظيم پارامترهاي کنترل کننده است زيرا عدم تنظيم پارامترهاي مناسب کنترل کننده ممکن است سيستم را ناپايدار يا به سمت ناپايداري ببرد. براي حل اين مشکل از محيط تنظيم خودکار (Automated Tuning) استفاده مي شود. به منظور تنظيم کردن کنترل کننده پنج روش به صورت بيان شده در زير وجود دارد:
تنظيم بر اساس بهينه سازي (Optimization-Based Tuning): در اين روش پارامترهاي کنترل کننده بر اساس نياز مورد نظر با روشهاي بهينهسازي تنظيم مي شود.
تنظيم کنترل کننده تناسبي- انتگرالگير – مشتقگير (Proportional-Integral-Derivative- PID): در اين روش با انتخاب نوع کنترل کننده و روش تنظيم کردن (روش کلاسيک يا روش پاسخ زماني مقاوم)، کنترل کننده مناسب تنظيم مي شود.
تنظيم به روش کنترل مدل داخلي (Internal Model Control- IMC): در اين روش با استفاده از روش طراحي IMC يک فيدبک پايدارکننده طراحي مي شود.
تنظيم به روش (Linear-Quadratic-Gaussian- LQG): در اين روش يک فيدبک پايدارکننده بر اساس دنبال کننده LQG طراحي مي شود.
تنظيم به روش (Loop Shaping): در اين روش با استفاده از پهناي باند حلقه باز يک فيدبک پايدارکننده طراحي مي شود.
براي هر روشي که انتخاب مي کنيد بايد مراحل زير را انجام دهيد:
انتخاب جبران ساز
مشخص کردن رفتار مورد نظرتان براي پاسخ سيستم
کليک بر روي گزينه Update Compensator براي اعمال تنظيمات بر روي جبران ساز
در اين شماره به بررسي روش Optimization-Based Tuning به عنوان يکي از روش هاي کنترلي پرداخته مي شود.
روش Optimization-Based Tuning
ابتدا در محيط command window دستور sisotool را تايپ کرده و سپس کليک نماييد تا پنجره مربوط به ابزار کنترل ظاهر شود سپس براي تنظيم کنترل کننده به روش بهينه سازي پس از انتخاب منوي Automated Tuning روی گزينه Optimize Compensator کليک کرده تا تصويري به صورت شکل1 ظاهر شود. در شکل1، در منوي Compensators مي توانيد مشخص کنيد که از کدام پارامترها براي بهينه سازي استفاده شود. با انتخاب هر پارامتر مي توانيد حدود تغييرات آن را نيز مشخص کنيد. شکل(2) تصوير پارامترهاي کنترل کننده را نشان مي دهد.
در قسمت Design Requirements بر روي گزينه Add new design requirement کليک کنيد تا صفحه به صورت شکل(3) ظاهر شود. در اين قسمت نيازهاي خود از کنترل کننده را انتخاب کنيد. براي مثال اگر مي خواهيد پاسخ خروجي به ورودي پله داراي زمان جهش 5 ثانيه و زمان نشت 10 ثانيه و اورشوت 10درصد باشد مانند شکل(3 ) تنظيمات را انجام دهيد. پس از انجام تنظيمات بر روي گزينه Show Plots کليک کرده تا تصويري به صورت شکل (4) نشان داده شود.
مي توانيد با کشيدن خطوط (باندها) پارامترهاي مورد نياز را تغيير دهيد. در منویOptimization بر روي گزينه Optimization Options کليک کنيد تا بتوانيد تنظيمات مربوط به روش بهينه سازي را انتخاب کنيد. تصوير انجام مراحل فوق در شکل5 نشان داده شده است.
حال بر روي گزينه Start Optimization کليک کنيد تا بصورت خودکار پارامترهاي کنترل کننده تنظيم شوند. در هنگام بهينه سازي شکل پاسخ در هر مرحله نشان داده مي شود. پس از پايان بهينه سازي مجدد منوي Compensator را مشاهده کنيد تا مقادير بهينه سازي شده براي پارامترهاي انتخاب شده را ملاحظه کنيد. شکل(6) تصوير پارامترهاي تنظيم شده به صورت خودکار توسط سيستم را نشان مي دهد.
در شماره آينده به بررسي و طراحي کنترل کننده هاي معرفي شده ديگر پرداخته خواهد شد.
دیدگاه ها