آموزش صفر تا صد سیمولینک متلب در کنترل خطی به ساده ترین روش

آموزش صفر تا صد سیمولینک متلب در کنترل خطی به ساده ترین روش

یک سیستم کنترل در واقع تشکیل شده از اجزا و عناصری می باشد که هدف تمام این ارتباطات و اتصال ها بین اجزا به منظور پاسخ سیستمی مناسب می باشد . در دنیای پیرامون ما سیستم های کنترل فراوانی وجود دارد مثل سیستم های کنترل تهویه هوا ، سیستم های کنترل سرعت خودرو ، سیستم های کنترل روشنایی منازل و… یکی از دروسی که دانشجویان رشته های مهندسی برق و مهندسی مکانیک در چارت دانشگاهی خود دارند درس کنترل خطی می باشد . به علت گستردگی مطالب می خواهیم آموزش سیمولینک متلب در کنترل خطی را به ساده ترین روش سپس محاسبه تابع تبدیل در سیمولینک را آموزش دهیم.

مرحله اول در آموزش سیمولینک متلب در کنترل خطی : سیستم های کنترل به چه سیستم هایی گفته می شود ؟

واژه کنترل (control) به معنای تنطیم کردن ، هدایت کردن ، فرمان دادن و یا اداره نمودن می باشد .

وقتی میگویم یک سیستم (system) یعنی :

مجموعه یا گروه یا ترکیبی از اجزا و عناصر متفاوت (subsystems) در کنار هم برای رسیدن به یک هدف می باشد .

با ترکیب دو واژه بالا سیستم کنترل را داریم که :

در واقع ارتباط و اتصال بین اجزا و عناصر می باشد که برای ایجاد یک پاسخ سیستمی مناسب تشکیل شده اند .

در یک سیستم کنترل دو بخش بسیار مهم داریم که عبارت اند از:

  1. ورودی
  2. خروجی

سیستم های خطی تغییر ناپذیر بازمان

x به عنوان ورودی و y  به عنوان خروجی برای یک سیستم خطی دلخواه می باشد .

 

ورودی در واقع عبارت ویا دستوری است که به سیستم کنترل وارد می شود .

ورودی ها می توانند متشکل از متغیر های فیزیکی و یا هر متغیر دلخواه دیگری باشد .

خروجی پاسخ حاصل از سیستم می باشد .

توجه کنید که خروجی هم می تواند با ورودی مقداری برابر داشته باشد و هم می تواند متفاوت از ورودی باشد.

مرحله دوم در آموزش سیمولینک متلب در کنترل خطی : تقسیم بندی سیستم های کنترل :

قبل از بررسی آموزش سیمولینک متلب در کنترل خطی سیستم های کنترل در حالت کلی به دو دسته تقسیم بندی می شوند که عبارت اند از :

  1. سیستم های کنترل حلقه بسته (کنترل فیدبک )
  2. سیستم های کنترل حلقه باز
حتما بخوانید:  محاسبه و رسم سریع تابع پله و تابع ضربه در سیمولینک نرم افزار متلب

سیستم های کنترل حلقه باز : این سیستم های کنترل حلقه باز از جمله ساده ترین سیستم های کنترلی هستند .

از مزیت های بسیار مهم این سیستم ها همین سادگی و اقتصادی بودن است که سبب می شود از آن ها استفاده کنیم .

اما عیب اساسی این سیستم ها در این است که در بیشتر موارد نمی توانند خروجی های مورد نظر ما را به دست آورند .

سیستم های کنترل حلقه بسته : سیستم های کنترل حلقه بسته چون دارای فیدبک هستند از نظر :

  1. قدرت اطمینان
  2. دقت
  3. و …  بسیار بالا تر از سیستم های کنترل حلقه باز هستند.

در سیستم های کنترل حلقه بسته اثرات غیر خطی و اعوجاج و نوسانات و نویز و … کاهش می یابد .

در این سیستم های کنترل حلقه بسته فیدبکی که وجود دارد سبب می شود خروجی دقیقا همان خروجی مد نظر ما باشد .

به شکل زیر توجه کنید :

سیستم فیدبک دار پیوسته در زمان

به عنوان مثال سیستم کنترل حلقه بسته فیدبک دار بالا دارای فیدبک منفی می باشد .

دو تعریف بسیار مهم در سیستم های کنترل فیدبک دار : 

  1. مسیر فیدبک : مسیر فیدبک به مسیر انتقال برگشتی از خروجی به نقطه ی جمع کننده می باشد .
  2. مسیر پیشرو : مسیر پیشرو به مسیر انتقال از نقطه جمع کننده به خروجی نهایی می باشد .

در حالت کلی دو نوع فیدبک داریم :

  1. فیدبک منفی
  2. فیدبک مثبت

فیدبک منفی : اگر علامت فیدبک در نقطه ی جمع کننده ، منفی باشد ، فیدبک را فیدبک منفی می گوییم .

فیدبک مثبت : اگر علامت فیدبک در نقطه ی جمع کننده ، مثبت باشد ، فیدبک را فیدبک مثبت می نامیم .

مرحله آخر : آموزش سیمولینک متلب در کنترل خطی :

برای آموزش سیمولینک متلب در کنترل خطی در ابزار سیمولینک (simulink) بخش طراحی کنترل (Control Design) راداریم.

حتما بخوانید:  صفر تا صد حل معادله دیفرانسیل مرتبه اول در سیمولینک متلب

بخش طراحی کنترل در سیمولینک متلب این امکان را برایمان فراهم کرده است که :

سیستم های کنترل شبیه سازی شده در سیمولینک را تحلیل نماییم .

در بخش طراحی کنترل می توانیم معماری کنترل سیستم های MIMO  و  SISO که شامل کنترلر های PID هستند را آنالیز و تحلیل نماییم.

در سیمولینک می توانیم نقاط عملیاتی را پیدا کنیم و خطاهای موجود در خطی سازی مدل های سیمولینک در شرایط مختلف عملیات محاسبه کنیم .

طراحی کنترل سیمولینک این امکان را برایمان فراهم می کند که :

پاسخ های فرکانسی مبتنی بر شبیه سازی را بدون تغییر مدلی که خودمان رسم کرده ایم ، محاسبه کنیم .

پس متوجه شدیم که چرا اصلا باید از سیمولینک متلب برای رسم و نمایش و تحلیل و آنالیز سیستم های کنترل استفاده کنیم .

آموزش سیمولینک متلب در کنترل خطی همراه با چند مثال در محیط سیمولینک متلب :

آموزش سیمولینک متلب در کنترل خطی را با ذکر چند مثال شروع می نماییم :

اول وارد نرم افزار متلب می شویم و طبق آموزش هایی که قبلا داشتیم ، وارد بخش سیمولینک می شویم :

آموزش سیمولینک متلب در کنترل خطی

یک مدل جدید به صورت زیر ایجاد می کنیم :

ایجاد یک مدل جدید در سیمولینک متلب

همانطوری که گفته ایم ابزار سیمولینک نرم افزار متلب دارای کتابخانه ای می باشد که مجموعه ی کاملی از تمامی عناصر و اجزای مورد نیاز جهت طراحی و شبیه سازی و محاسبه و… می توانیم از آن ها استفاده کنیم .

در کنترل خطی برخی از بلوک های سیمولینک نرم افزار متلب بسیار پر کاربردند .

که به ذکر چند مورد از این بلوک ها مروری خواهیم داشت :

  1. بلوک تابع تبدیل
  2. بلوک فضای حالت
  3. بلوک کنترلر PID
  4. و …

محاسبه تابع تبدیل در سیمولینک : بلوک تابع تبدیل برای محاسبه تابع تبدیل در سیمولینک یک سیستم دلخواه :

بلوک تابع تبدیل زمانی مورد استفاده قرار می گیرد که می خواهیم یک برای یک سیستم محاسبه تابع تبدیل را  داشته باشیم.

حتما بخوانید:  معرفی بلوک های پرکاربرد در سیمولینک نرم افزار متلب

برای پیدا کردن بلوک تابع تبدیل می توانیم از دو روش زیر استفاده نماییم :

روش اول محاسبه تابع تبدیل در سیمولینک :

با سرچ کردن عبارت Transfer fcn در کتابخانه ی سیمولینک نرم افزار متلب به صورت زیر :

جستجو transfer fcn در سیمولینک , محاسبه تابع تبدیل در سیمولینک

همانطور که در بالا مشاهده می کنین :

با جستجو کردن عبارت transfer fcn در جستجوگر کتابخانه سیمولینک به سادگی به بلوک تابع تبدیل برای محاسبه تابع تبدیل در سیمولینک دسترسی پیدا کردیم .

روش دوم محاسبه تابع تبدیل در سیمولینک :

در روش دوم میدانیم که بلوک تابع تبدیل دقیقا در کدام قسمت کتابخانه سیمولینک قرار دارد و بدون جستجو مستقیم از دسته بندی های موجود در کتابخانه سیمولینک به بلوک تابع تبدیل دسترسی می یابیم .

به صورت زیر :

تابع تبدیل در سیمولینک

یعنی در واقع در کتابخانه سیمولینک و بخش continuous به سادگی می توانیم به بلوک transfer fcn یا بلوک تابع تبدیل جهت محاسبه تابع تبدیل در سیمولینک دسترسی پیدا کنیم .

بلوک فضای حالت :

زمانی که یک سیستم با معادلات فضای حالت داشته باشیم باید برای شبیه سازی این سیستم از بلوک فضای حالت یا بلوک state space استفاده نماییم .

برای پیدا کردن این بلوک هم می توانیم به دو روش گفته شده در بلوک تابع تبدیل استفاده کنیم .

یا با جستجو کردن state space در قسمت جستجوگر سیمولینک نرم افزار متلب و یا به طور مستقیم از بخش continuous به بلوک state space دسترسی پیدا کنیم .

به صورت زیر  :

بلوک فضای حالت سیمولینک

تعداد بلوک هایی موجود در سیمولینک نرم افزار متلب که در سیستم های کنترل خطی کاربرد دارند بسیار زیاد اند .

که در پست های آینده به صورت کامل به برخی از این بلوک دیاگرام ها که بیشترین کاربرد را دارند و نحوه و چگونگی استفاده از این بلوک ها در تحلیل و آنالیز سیستم های کنترل خواهیم پرداخت .

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.