سیستم های کنترل دیجیتال
Digital Control Systems
بسم ا… الرحمن الرحیم
1
آشنایی با سیستم های کنترل زمان گسسته
2
مرجع
1 –اسلایدهای درسی کنترل دیجیتال دانشگاه علم و صنعت دکتر بلندی و دکتر اسمعیل زاده
” آشنایی با سیستم های کنترل زمان – گسسته“
در سالهای اخیر، بسیاری از سیستم های صنعتی، کامپیوتر های دیجیتال را به عنوان جزء لازم عملیات خود دربر می گیرند. سیر تکاملی اخیر میکروپروسسورها و میکروکامپیوترها که می توانند در وظایف کنترلی مختلف مورد استفاده قرار گیرند، روند جدیدی در جهت منظور کردن کامپیوترهای دیجیتال حتی در سیستم های کنترل با مقیاس کوچک به منظور به دست آوردن عملکرد بهینه برقرار کرده است.
3
در مهندسی کنترل، کامپیوترهای دیجیتال برای دو منظور مختلف بکار برده می شوند:
1- تحلیل و ترکیب سیستم های کنترل پیچیده شامل شبیه سازی دیجیتالی و محاسبه دیجیتالی دینامیک های کنترل پیچیده
2- به صورت کنترل کننده در سیستم های کنترل
تاکید ما در این دوره درسی بر کنترل کننده های دیجیتال است نه بر شبیه سازی دیجیتالی یا محاسبه دیجیتالی دینامیک های کنترل پیچیده.
4
انواع روشهای پیاده سازی سیستمهای کنترل
Manual operation
Mechanical Operation
Pneumatic Devices
Analog Electronics
Digital Electronics
5
Manual operation
Mechanical Operation
Pneumatic Devices
Analog Electronics
Digital Electronics
Mechanical Devices
The value of variable is represented by position of equipment
انواع روشهای پیاده سازی سیستمهای کنترل
6
Manual operation
Mechanical Operation
Pneumatic Devices
Analog Electronics
Digital Electronics
the value of variable is proportional to air pressure
انواع روشهای پیاده سازی سیستمهای کنترل
7
Manual operation
Mechanical Operation
Pneumatic Devices
Analog Electronics
Digital Electronics
PID implementation in pneumatic devices
force balance-Newtone law
انواع روشهای پیاده سازی سیستمهای کنترل
8
Manual operation
Mechanical Operation
Pneumatic Devices
Analog Electronics
Digital Electronics
the variable is proportional to voltage or current
انواع روشهای پیاده سازی سیستمهای کنترل
9
Manual operation
Mechanical Operation
Pneumatic Devices
Analog Electronics
Digital Electronics
PID implementation in analog electronics
current balance-(Kirkoff’s laws)
انواع روشهای پیاده سازی سیستمهای کنترل
10
Manual operation
Mechanical Operation
Pneumatic Devices
Analog Electronics
Digital Electronics
Displays of variables, calculations, and commands to valves are in the central control room
انواع روشهای پیاده سازی سیستمهای کنترل
11
نمونه کاربردهای سیستمهای کنترل دیجیتال
used to manufacture product
embedded in product
Motion Control
12
صنایع پتروشیمی
سیستمهای فضایی
صنایع موشکی و رباتیک
نمونه هایی از کاربردهای عملی
13
digital control versus analog control
دقت:
سیستمهای دیجیتال از دقت بالاتری برخوردار می باشند و در اثر نویز مختلف کمتر از سیگنالهای آنالوگ دچار خطا می شوند
خطاهای پیاده سازی:
پردازش دیجیتال سیگنالهای کنترل: بر اساس مقادیر ذخیره شده می باشد که نمایش دیجیتال آنها با خطای کمی همراه است.
پردازش سیگنال آنالوگ: از المانهائی مثل خازن و مقاومت استفاده می کند که مقادیر آنها نسبت به مقادیر نامی تغییر محسوسی می کند.
Why digital control?
انواع روشهای پیاده سازی سیستمهای کنترل
14
digital control versus analog control
انعطاف پذیری:
کنترل کننده های آنالوگ: با پیاده سازی سخت افزاری آنها، اصلاح یا تغییر طراحی مشکل خواهد بود
کنترل کننده های دیجیتال: اصلاح آنها بدون جایگزینی کامل کنترل کننده اصلی میسرخواهد بود
کنترل کننده های آنالوگ: تنها پیاده سازی کنترل کننده های ساده امکان پذیر خواهد بود
کنترل کننده های دیجیتال: پیچیده تر شدن کنترل کننده تنها منتج به اضافه شدن چند عملیات ریاضی در کنترل کننده می گردد
انواع روشهای پیاده سازی سیستمهای کنترل
15
digital control versus analog control
سرعت و هزینه :
سخت افزارهای کامپیوتری سریع تر، پریودهای نمونه برداری کوتاه تری را نتیجه می دهند
با پریودهای نمونه برداری کوتاه، کنترل کننده های دیجیتال، متغیرهای کنترلی را تقریبا بطور پیوسته مانیتور می کنند
پیشرفت در تکنولو‍ژی VLSI منجر به مدارات مجتمع بهتر، سربع تر و مطمئن تر و با قیمت کمتر شده است.
انواع روشهای پیاده سازی سیستمهای کنترل
16
بلوک دیاگرام کلی یک سیستم کنترل دیجیتال
S/H
&
A/D
مبدل
کامپیوتر
دیجیتال
D/A
مبدل
مدار
نگهدار
محرک
دستگاه یا
فرایند
مبدل
+
–
17
18
19
کنترل دور موتور DC با استفاده از کنترل کننده دیجیتال
20
شماتیک حلقه بسته سیستم کنترل دیجیتال دور موتور DC
21
مراحل طراحی سیستم کنترل دور موتور DC
1- مدلسازی موتور DC
2- طراحی کنترل کننده آنالوگ PI
3- تبدیل کنترل کننده آنالوگ به دیجیتال
4- تحقق کنترل کننده
22
مدلسازی موتور
اولین گام در طراحی یک سیستم کنترل ، مدلسازی سیستم تحت کنترل است.
روش های مدلسازی:
مدلسازی بر اساس قوانین و روابط فیزیکی حاکم بر سیستم
مدلسازی با استفاده از اطلاعات ورودی- خروجی سیستم
23
مدلسازی با استفاده اطلاعات ورودی خروجی
اعمال ورودی پله با ولتاژهای 2.5 ، 5 ، 7.5 ، 9.47 ولت
اندازه گیری سرعت موتور
24
موتور DC را می توان بصورت یک سیستم مرتبه اول مدل کرد.
تخمین پارامترهای مدل
میانگین گیری از پارامترها
25
بررسی صحت مدل استخراج شده
26
طراحی کنترل کننده PI آنالوگ
27
طراحی کنترل کننده PI آنالوگ
28
تبدیل کنترل کننده آنالوگ به دیجیتال
29
روش تفاضل معکوس
30
روش تبدیل دو خطی
31
روش تغییر ناپذیری ضربه
32
روش تغییر ناپذیری پله
33
تحقق سیستم کنترل دور موتور DC
34
اجزای سیستم کنترل حلقه بسته
میکروکنترلر
اجرای الگوریتم کنترل و محاسبه سیگنال کنترلی
محاسبه سرعت موتور با استفاده از سیگنال خروجی سنسور سرعت نوری
مبدل دیجیتال به آنالوگ
تبدیل سیگنال دیجیتال u(kT) به سیگنال آنالوگ ولتاژ
عملگر
تقویت جریان ناشی از سیگنال کنترل u(kT) جهت راه اندازی موتور DC
سنسور سرعت نوری
اندازه گیری سرعت چرخش موتور با تولید پالس
35
شماتیک سخت افزاری سیستم کنترل
D/A نمایشگر
موتور DC راه انداز موتور DC واحد پردازش و کنترل
36
بورد سیستم کنترل
بخش راه انداز بخش کنترل و پردازش
37
پاسخ سیستم
نمودار سرعت موتور DC
38