نوشته‌ها

سیستم کنترل

سیستم کنترل یا سامانه کنترل به مجموعه ابزار و تمهیداتی اطلاق می‌شود که به منظور کنترل نمودن و تحت مدیریت قرار دادن رفتار فرایندها و سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شرط اساسی یک سیستم کنترلی این است که باید پایدار باشد. همچنین باید علاوه بر پایداری مطلق، پایداری نسبی قابل قبولی نیز داشته باشد. یعنی پاسخ باید بطور معقولی سریع و میرا باشد. سیستم کنترلی باید بتواند خطاها را تا صفر یا مقادیر نسبتاً کمی کاهش دهد. شرط پایداری نسبی معقول و شرط دقت در حالت ماندگار ناسازگارند. در طراحی سیستمهای کنترل باید میان این دو شرط موثرترین مصالحه را برقرار کرد.

روش اصلی طراحی هر سامانه کنترل عملی الزاماً مبتنی بر روشهای آزمون و خطاست. ترکیب هر سیستم کنترل خطی از لحاظ نظری ممکن است. و مهندسی کنترل قادر است به روشی منظم اجزای لازم برای انجام منظوری مشخص را تعیین کند. اما در عمل ممکن است محدودیتهای مختلفی بر سر راه سیستم قرار بگیرد. و یا سیستم غیر خطی بشود. در چنین مواردی، هیچ روش ترکیبی وجود ندارد. حتی ممکن است که مشخصه‌های اجزا دقیقاً معلوم نباشند. بنابراین همواره ضرورت دارد که از روشهای آزمون و خطا استفاده شود.

آنچه که در عمل با آن مواجه هستیم این است که دستگاه مشخصی وجود دارد و مهندس کنترل باید بقیه سیستم را به گونه‌ای طراحی کند تا کل سیستم بتواند مشخصات مفروضی را برآورده سازد. و وظیفه خاصی را انجام دهد. ویژگیهای چنین سیستمی باید بصورت ریاضی بیان شود.

مهندس کنترل در طراحی سیستمهای کنترل باید بتواند پاسخ سیستم به سیگنالها و اغتشاشات گوناگون را تعیین و تحلیل کند. معمولاً طرح اولیه سیستم رضایتبخش نیست. پس در صورت لزوم سیستم را باید دوباره طراحی و تحلیل کند. و این فرایند را تا آنجا تکرار کند که به سیستم مطلوب دست یابد. پس از آن می‌تواند نمونه فیزیکی سیستم را بسازد.

فیدبک

بازخورد یا فیدبک به انگلیسی:( Feedback) نوعی برگشت پیام ارتباطی است که در آن، گیرنده به طور عامدانه یا غیرعامدانه به پیام فرستنده واکنش نشان می‌دهد. این پیام‌ها، به فرستنده امکان می‌دهند تا وضعیت ارتباطی خود را با مخاطبانش ارزیابی کند. نظام‌های سالم ارتباطی، فیدبک را غنیمتی برای اصلاح خود قلمداد می‌کنند.

بازخورد به مفهوم بازگرداندن بخشی از خروجی یک سیستم و ترکیب آن با ورودی به منظور کنترل خروجی می‌باشد. فیدبک در بسیاری از سیستمها، از جمله در سیستمهای مکانیکی، الکتریکی، بیولوژیکی، حرارتی و برودتی کاربرد دارد. مثلاً، استفاده از فیدبک در ماشین بخار به قرن نوزدهم میلادی برمی گردد و به کارگیری فیدبک در سیستمهای حرارتی و برودتی با نصب ترموستات ، امروزه بسیار متداول است. همچنین در بدن انسان ، فیدبک نقش عمده‌ای در تنظیم دما و کنترل ترشح داخلی غدد ایفا می‌کند. به طور مثال در هنگام راه رفتن با مشاهدهٔ مسیر پیش رو و با توجه به موانع افراد به اصلاح مسیر حرکت می‌پردازند.

سامانه کنترل حلقه بسته (closed-loop control system) سیستمی است که در آن سیگنال خروجی بر عمل کنترل اثر مستقیم دارد . سیستمهای کنترل حلقه بسته ، سیستمهای کنترل پسخوردی هستند . سیگنال خطای کارانداز که تفاضل بین سیگنال ورودی و سیگنال پسخورد است ، به کنترل کننده اعمال می‌شود تا خطا را کاهش دهد . و خروجی سیستم را به مقدار مطلوب برساند . اصطلاح “حلقه بسته” بر استفاده از عمل پسخوردی برای کاهش خطای سیستم دلالت دارد .

استپ موتور دوفاز یا موتور پله ای دو فاز

دو نوع سیم پیچی جهت هسته های مغناطیس استپ موتورهای دو فاز وجود دارد : تک قطبی و دوقطبی.

موتورهای تک قطبی:

یک موتور تک قطبی دارای سیم پیچی با سر مرکزی می باشد. جریان در هر قسمت از سیم پیچ جهت ایجاد میدان مغناطیسی برقرار می گردد. در این آرایش ، قطبهای مغناطیسی بدون تغییر در جهت جریان می توانند معکوس گردند، بنابراین کموتاسیون در مدار به راحتی صورت می گیرد ( به عنوان مثال با یک ترانزیستور ) . اساسا ، هر فاز ، دارای یک سر مرکزی مشترک است : سه سیم برای هر فاز و شش سیم برای یک موتور دو فاز. اغلب سر مشترک هر دو فاز با هم یکی شده و بنابراین هر موتور دارای پنج سیم می باشد. به همین دلیل این موتورها را تک قطبی می نامند زیرا توان همواره از طریق همین قطب وارد می گردد.

یک میکروکنترلر یا کنترلر استپ موتور می تواند جهت فعال سازی ترانزیستورهای راه انداز در مسیر درست استفاده گردد. این عملکرد موتورهای تک قطبی باعث محبوبیت آنها گردیده است ، این راحت ترین راه جهت یک حرکت زاویه ای است.

(بوسیله اندازه گیری مقاومت دو سر سیم پیچها می توان آنها را شناسایی نمود. مقاومت بین سیم سر وسط و سیم انتهای کویل نصف مقاومت دو سیم انتهایی کویل می باشد. ) یک راه سریع جهت تست صحت عملکرد استپ موتور ، اتصال کوتاه کردن دو سر کویلها و سعی در چرخش شفت است، هر زمان که مقاومتی بیش از مقاومت نرمال احساس گردید نشانگر بسته بودن مدار آن سیم پیچ مشخص است و نشانه عملکرد صحیح فاز است.

موتورهای دوقطبی

موتورهای دوقطبی دارای یک سیم پیچ در هر فاز می باشند. جهت معکوس کردن قطبهای مغناطیسی جریان در یک سیم پیچ بایستی معکوس گردد، بنابراین مدار راه انداز پیچیده تر می باشد ، و اساسا با یک آرایش پل H بدست می آید. ( البته مدارات راه انداز زیادی برای این موضوع وجود دارد ). دو سیم برای هر فاز وجود دارد و هیچ سر مشترکی وجود ندارد.

در صورتیکه فرکانس اعمالی به استپ موتور بیش از فرکانس پاسخگویی موتور باشد باعث افزایش اثر اصطکاک ساکن می گردد.

به دلیل استفاده بهتر از سیم پیچها ، توان موتورهای دوقطبی نسبت به موتور تک قطبی هم وزن خود بیشتر است. این به دلیل فضای فیزیکی اشغال شده توسط سیم پیچهاست. یک موتور تک فاز دارای دوبرابر سیم بیشتر در حجم یکسان است اما نصف توان نقطه به نقطه در هر زمان را ارائه می دهد که به معنای تاثیر گذاری50% یا حداکثر 70% است. با وجود آنکه موتور دو قطبی جهت راه اندازی پیچیده تر است اما فراوانی تراشه های راه انداز به معنی آنست که دستیابی به این سیستم چندان هم سخت نیست.

یک استپ موتور 8 سیمه مانند یک موتور تک قطبی است اما سیمها به سر مشترک وصل نیستند. این نوع سیم پیچی موتور به چند شکل قابل استفاده است :

تک قطبی

دوقطبی با سیم پیچی سری. این امر باعث ارائه اندکتانس بالاتر و جریان پایین تر در هر سیم پیچ می گردد.

دو قطبی با سیم پیچی موازی. این امر نیاز به جریان بالاتر دارد اما می تواند باعث کاهش و بهینه شدن اندکتانس گردد.

دوقطبی با یک سیم پیچ در هر فاز. این روش باعث راه اندازی موتور با نصف سیم پیچ قابل دسترس می گردد که باعث کاهش گشتاور سرعت پایین با جریان مورد نیاز کمتر می گردد.

با اندازه گیری مقاومت بین سیمها می توان این دو نوع موتور را از هم تشخیص داد. اگر دو سیمی که اندازه گیری می نمایید مربوط به دو کویل مجزا باشند مقاومت بینهایت دیده می شود.

مانند سایر موتورها ، استپ موتورها نیز به توانی بیش از آنچه میکروکنترلرها تامین می نمایند نیاز دارند بنابراین به یک منبع تغذیه مجزا نیازمندید. بصورت ایده آل بایستی ولتاژ اعلام شده توسط کارخانه سازنده را بدانید اما در صورت عدم اطلاع ، یک منبع تغذیه DC متغیر را به دو سیم یک کویل اعمال نمایید ، از ولتاژ حداقل 3V آغاز نمایید و بتدریج آنرا افزایش دهید تا زمانیکه موتور بسختی به نظر می رسد آماده حرکت است. بیش از آن ولتاژ اعمال ننمایید چون باعث آسیب به موتور می گردد. اساسا ولتاژ مورد نیاز موتورها 5V,9V, 12V, 24V است و بالاتر از 24Vبسیار نادر است.

آشنایی با سرو موتور و نحوه عملکرد آن

سرو موتورها یا موتورهای کنترل در سیستم های کنترل فیدبک مورد استفاده  قرار می گیرند.پاسخ سرعت آنها بالاست و در رادارها ، ربات های انسانی و کامپیوتر کاربرد دارند. ادامه مطلب …