ºÌÅZ¨» Á ¦Ë Z e ºÌÅZ¨» Á ¦Ë Z e - Jamilnia · Á Á Á X i u ] o v ] X ] l u ZW P...

www.jamilnia.ir/mech Page 0

فصل اولفصل اول

[email protected]

www.jamilnia.ir/mech

[email protected]

www.jamilnia.ir/mech

echatronicsM

مفاهيم تعاريف و مفاهيم تعاريف و


مقدمه

يك در و واحد دانشي برمبناي صرفاً پيشرفته و پيچيده هاي سامانه ساخت و طراحي امروزه ـ

.پذيرد نمي صورت مشخص مهندسي حوزه

هاي رشته برتر هاي فناوري از همزمان صورت به نوين، كاربردي تجهيزات غالب در ـ

فناوري و ترلكن كامپيوتر، متالورژي، الكترونيك، مكانيك، نظير مهندسي گوناگون

.شود مي استفاده ارتباطات و اطلاعات

ها ـ لوازم خانگي فضاپيماها ـ هواپيماها ـ خودروها ـ ربات: ها مثال

اي رشته ميان علوم پيرامون توسعه و تحقيق براي دانش از جديدي هاي شاخه اساس، براين ـ

)Interdisciplinary( اي چندرشته يا )Multidisciplinary( اند شده ايجاد.


مكاترونيك

.است اي چندرشته علوم زمينه در ايجادشده هاي دانش مهمترين از يكي مكاترونيك ـ

:است شده ايجاد ترونيكالك و نيكمكا حروف تركيب از مكاترونيك لفظ ـ

Mechanics + Electronics → Mechatronics

Tetsuro توسط ميلادي ١٩٦٩ سال در لفظ اين ـ Mori شركت مهندس Yaskawa ابداع

آن از عمومي استفاده حق بعد، هاي سال در .گرديد ثبت تجاري نشان يك عنوان به و

.شد اعلام آزاد مذكور شركت توسط

شدان آنكه حال دارد، اشاره الكترونيكي مكانيكي هاي سامانه به صرفاً مكاترونيك لفظ ـ

مكانيكي هاي سامانه براي .شود مي شامل را علوم از تري وسيع گستره مكاترونيك

.شود استفاده الكترومكانيكي هاي سامانه لفظ از است بهتر الكترونيكي،


مكاترونيك

،كانيكم شامل مهندسي رشته چهار تركيب و تلفيق از كه است دانشي مكاترونيك ـ

:است شده ايجاد كنترل و كامپيوتر ،الكترونيك

Mechanics + Computer + Control + Electronics → Mechatronics

و سيمهند حوزه چهار اين بر همزمان اشراف و توجه با سامانه يك مكاترونيك، دانش در ـ

و يمتنظ وجه بهترين به آنها ارتباطات و تداخلات تا شود مي طراحي يكپارچه صورت به

.گردد مديريت

و ذيرترانعطاف پ ارزان تر، ،ساده تر سامانه هاي به دستيابي مكاترونيك، دانش از هدف ـ

.باشند داشته اي بهينه عملكرد كه است راحت تر


مكاترونيك

:ها مثال

ـ بازوهاي رباتيك

ـ خودروهاي الكتريكي

هاي كنترل عددي ـ ماشين

كنترلي سامانه يك قالب در الكترونيكي و مكانيكي اجزاي ميان پيوند ايجاد مكاترونيك ـ

توان مي بنابراين .شود مي انجام كامپيوتر توسط آن در ها سيگنال تبادل و پردازش كه است

.دانست كنترلي سامانه يك تر عيني و تر عملياتي شكل را مكاترونيكي سامانه

.نماييم نتبيي و تعريف كنترل مهندسي قالب در را مكاترونيك خواهيم مي اساس براين ـ


كنترل

.گويند مي ديناميكي سامانه كند، مي تغيير زمان با آن رفتار و وضعيت كه اي سامانه به ـ

.مي گويند نترلك ديناميكي، سامانه يك مطلوب رفتار و عملكرد به دستيابي فرآيند به ـ

.گويند مي ارخودك كنترل مطلوب، رفتار و عملكرد به سامانه يك خودكار دستيابي به ـ

لاديمي هجدهم قرن در وات جيمز توسط خودكار كنترل در قابل توجه كار نخستين ـ

.نمود استفاده بخار ماشين سرعت خودكار كنترل براي گاورنر از او .گرفت صورت

.است يافته توسعه و شده مطرح اخير قرن يك در محاسبات و تحليل برمبناي كنترل تئوري ـ

:ده اندش مطرح كنترل زمينه در نويني روش هاي رايانه ها، و الگوريتم ها توسعه با امروزه ـ

مقاوم كنترل ـ هينهب كنترل ـ غيرخطي كنترل ـ خطي كنترل ـ ديجيتال كنترل ـ مدرن كنترل

... ـ چندمتغيره كنترل ـ هوشمند كنترل ـ فازي كنترل ـ تطبيقي كنترل


كنترل

:خودكار كنترل از هاي مثال

)governor( گاورنر ـ

)autopilot( خودكار خلبان ـ

cruise( خودرو سرعت كنترل ـ control(

مخازن آب سطح تنظيم ـ

ساختمان سرمايش و گرمايش سامانه ـ


كنترل

.شود تهيه مانهسا آن از دقيقي رياضي مدل تا است لازم ديناميكي، سامانه يك كنترل براي ـ

.آيد مي بدست )حسابان( انتگرال و ديفرانسيل حساب برمبناي عموماً رياضي مدل اين ـ

به نسبت متغير يك اي بازه تغييرات بيانگر انتگرال و اي لحظه تغييرات بيانگر ديفرانسيل ـ

.باشد مي زمان

بيان انزم طول در را سامانه وضعيت و حالت كه متغيرهايي به ديناميكي، سامانه هر در ـ

رفتار و عملكرد توان مي آنها كمك به كه متغيرهايي .گويند مي حالت متغيرهاي مي كنند،

متغيرهايي به .شوند مي ناميده )كنترل( ورودي متغيرهاي نمود، كنترل زمان درطول را سامانه

)شونده كنترل( خروجي متغيرهاي شود، مي انجام آنها مقادير كنترل براي كنترل فرآيند كه

.باشند كنترل و حالت متغيرهاي از تركيبي توانند مي متغيرها اين .گويند مي


پذيري كنترل

آن تا است لازم داد، تغيير را ديناميكي سامانه يك رفتار و عملكرد بتوان اينكه براي ـ

.باشد پذير كنترل سامانه،

بدون( رساند دلخواهي نهايي شرايط هر به اي اوليه شرايط هر از بتوان را سامانه يك اگر ـ

.گويند مي پذير كنترل سامانه آن به ،)باشد داشته وجود كنترل ميزان در محدوديتي آنكه

كنترلي ابزارهاي در محدوديتي اگر چون .است پذير كنترل سامانه يك از مثالي خودرو ـ

.برسانيم دلخواهي نهايي شرايط هر به اي اوليه شرايط هر از را آن توانيم مي باشيم، نداشته آن

ممكن اما باشند، مي پذير كنترل عالم، در موجود ديناميكي هاي سامانه تمامي كلي طور به ـ

.نباشد ما دراختيار آنها كنترل توان يا ابزار است

.است ناپذير كنترل ديناميكي سامانه يك از مثالي شمسي منظومه ـ


كنترل براي تنظيم يا تعقيب

:شود مي انجام منظور دو به عموماً كنترل

)tracking( مسير تعقيب ـ)regulation( مقدار تنظيم ـ

اگر .است )خطا صفرشدن( خروجي و ورودي مقادير شدن يكي كنترل، در اصلي هدف ـ

اگر و پذيرد مي صورت خروجي مقدار تنظيم براي كنترل باشد، ثابتي مقدار خروجي

.شود مي انجام خروجي مسير تعقيب براي كنترل باشد، زمان با متغير خروجي

:كنند مي نبيا را متفاوتي مفاهيم كه دارد وجود مسير براي كلمه دو انگليسي زبان در ـ

.)رشت به تهران مسير مثلاً( است زمان به غيروابسته مسير معناي به كه path ـ

.است زمان به وابسته مسير معناي به كه trajectory ـ

.گويند مي )trajectory( مسير زمان، با متغير يك تغييرات نحوه به كلي، طور به ـ


كنترل براي تنظيم يا تعقيب

توان مي بنابراين .است مقدار تنظيم براي كنترل تر كامل شكل مسير، تعقيب براي كنترل ـ

.است مسير يك تعقيب و كردن دنبال كلي، حالت در كنترل از هدف كه گفت

چه از كه گويد مي ما به هدايت علم .گويند مي )guidance( هدايت مسير، توليد نحوه به ـ

توان مي مسير بينهايت از دانيم، مي كه همانگونه .برويم ديگر نقطه به نقطه يك از مسيري

.رفت ديگر نقطه به نقطه يك از تا نمود استفاده

و تعقيب ،ترلكن علم وظيفه و زمان به وابسته مسير توليد ،هدايت علم وظيفه اساس، براين ـ

.است مسير آن از تبعيت

به را كنترل و هدايت و كنند مي تركيب باهم را فرآيند دو اين عموماً اخير، هاي سال در ـ

Integrated( دهند مي انجام يكپارچه صورت Guidance and Control - IGC(.


كنترل حلقه باز و حلقه بسته

آن، به ورودي واردشدن قبال در و كند مي عمل تابع يك همانند ديناميكي، سامانه هر ـ

لزوماً خروجي و ورودي واحد و بُعد( دهد مي خروجي خود، ديناميكي ماهيت با متناسب

:)نيست يكسان

يك از ايدب ،)تعقيب يا تنظيم( شود يكي آن ورودي با سامانه خروجي بخواهيم اگر حال ـ

.برساند ديورو مقدار به تدريج به را ديناميكي سامانه خروجي تا كنيم استفاده گر كنترل

.است جيخرو رفتار كنترل براي مسئله به جديد ديناميك يك افزودن گر، كنترل نقش ـ

و ذات به وطمرب و است تغيير غيرقابل ديناميكي سامانه ديناميك كه داشت توجه بايد ـ

.گردد مي ايجاد گر كنترل از استفاده با مسئله جديد ديناميك پس .است سامانه آن ماهيت

سامانه ديناميكيورودي خروجي


:باشد مي مطرح اصلي رويكرد دو ديناميكي، هاي سامانه خروجي رفتار كنترل براي ـ

open( باز حلقه كنترل ـ loop(بسته حلقه كنترل ـ )closed loop(

:ندارند نترلك عمل بر اثري ديناميكي سامانه خروجي هاي رويكرد، اين در :باز حلقه كنترل

رويكرد، اين با توانيم مي ،باشيم داشته دراختيار ديناميكي سامانه از دقيقي رياضي مدل اگر ـ

.برساند مطلوب ورودي به را خروجي تلاش، بار يك با كه كنيم طراحي گري كنترل

نيز دندار وجود خروجي دقيق و ارزان اندازه گيري امكان كه مسائلي براي رويكرد اين ـ

لباسشويي ماشين :مثال .دارد كاربرد

گر كنترلورودي

سامانه ديناميكيخروجي

كنترل حلقه باز و حلقه بسته


كنترل حلقه بسته

اثرگذارند، رلكنت عمل بر ديناميكي سامانه خروجي هاي رويكرد، اين در :بسته حلقه كنترل

:يابد كاهش سيستم خطاي كه بگونه اي

با سامانه خروجي ،باشيم نداشته دراختيار ديناميكي سامانه از دقيقي رياضي مدل اگر ـ

مقايسه و خروجي گيري اندازه با رويكرد، اين در .بود خواهد متفاوت موردانتظار، خروجي

تا را خطا است موظف گر كنترل ساختار، اين در .شود مي محاسبه خطا ميزان ورودي، با آن

.شود مي تكرار خروجي پايداري و تثبيت تا فرآيند اين .دهد كاهش ممكن حد

گر كنترلوروديخطا

+_ سامانه ديناميكيخروجي


كنترل حلقه بسته

شود مي داده برگشت حلقه ابتداي به ،خروجي شده گيري اندازه مقدار بسته، حلقه دركنترل ـ

.مي شود گفته )feedback( پسخور برگشتي، سيگنال اين به .گردد مقايسه ورودي با تا

.شود مي ناميده نيز پسخوري كنترل بسته، حلقه كنترل ـ

:دهد مي خر زير حالت از يكي كنترلي، چرخه تكرارهاي از پس بسته، حلقه كنترل در ـ

)پايداري( .شود مي همگرا و نزديك ورودي، مقدار به تدريج به خروجي )الف

)ناپايداري( .شود مي واگرا و دور ورودي، مقدار از تدريج به خروجي )ب

)بحراني پايداري ـ پايداري مرز( .شود مي واگرا نه و همگرا نه مدتي، از پس خروجي )ج

به .شود همگرا مطلوب ورودي مقدار از غير مقداري به خروجي است ممكن گاهي ـ

.گويند مي )ماندگار( پايدار حالت خطاي مطلوب، مقدار و شده همگرا مقدار ميان اختلاف


حسگر و عملگر

معمولاً .پذيرد مي انجام )sensor( حسگر نام به ابزاري توسط خروجي مقدار گيري اندازه ـ

استفاده )transducer( مبدل از ورودي با حسگر خروجي واحد و بُعد سازي يكسان براي

)سنج شتاب ـ سنج زاويه :حسگر هاي مثال( .شود مي

نام هب ابزاري توسط ديناميكي سامانه بر گر كنترل فرمان اعمال كنترلي، رويكرد دو هر در ـ

)يپنوماتيك و هيدروليكي بازوهاي :عملگر هاي مثال( .گيرد مي صورت )actuator( عملگر



حسگر

مبدل

عملگر


ريزپردازنده

و طراحي يالكترونيك و مكانيكي مختلف اجزاي تركيب با گرها كنترل دور، هاي سال در ـ

گرها كنترل ،)IC( مجتمع مدارهاي و ديجيتال هاي رايانه توسعه با امروزه .شدند مي ساخته

.شوند مي ساخته و طراحي )microprocessors( ها ريزپردازنده و ها رايانه درقالب عموماً

عمليات توانند مي كه هستند ريزي برنامه قابل و كوچك بسيار هايي تراشه ها، ريزپردازنده ـ

.دهند انجام متعارف هاي رايانه همانند را منطقي و حسابي



حسگر

مبدل

عملگر




آن از كه كند مي ايجاد گرها كنترل ساخت در فراواني مزاياي ها ريزپردازنده از استفاده ـ

.نمود اشاره بودن دردسترس و پذيري انطعاف ارزاني، سادگي، به توان مي جمله

و آنالوگ هاي سيگنال تبادلات درخصوص مختلفي مباحث ها، ريزپردازنده از استفاده با ـ

.شود مي مطرح ها داده اكتساب و گيري اندازه و ديجيتال

.باشند مي كنترلي كاربردهاي براي ها ريزپردازنده يافته تكامل گونه گرها ريزكنترل ـ



حسگر

مبدل

عملگر



هاي واقعي هاي محاسباتي با مدل تفاوت مدل

كنترلي سامانه رفتار كه شود مي سبب واقعي هاي مدل با محاسباتي هاي مدل ميان تفاوت ـ

:از عبارتند تفاوت بروز عوامل از برخي .نباشد محاسباتي انتظار با مطابق

مختلف هاي سازي ساده و فرضيات درنظرگرفتن دليل به دقيق رياضي سازي مدل عدم )الف

)هواپيما اينرسي ممان و وزن نظير( پارامترها از برخي مقادير قطعيت عدم )ب

)هواپيما پرواز در باران و باد نظير( سامانه بر وارد اغتشاشي عوامل )ج

گيري اندازه و سنجش تجهيزات )سيگنالي آلودگي( نويز )د

.شوند مي تحليل آماري و تصادفي قواعد برمبناي نويزها و اغتشاشي عوامل ـ

زيادي حدود ات ،كنترلي چرخه مكرر تكرار دليل به بسته، حلقه رويكرد از گيري بهره با ـ

.كرد غلبه عوامل اين بر توان مي

Date post:	28-Oct-2020
Category:	Documents
Upload:	others
View:	22 times
Download:	0 times

ºÌÅZ¨» Á ¦Ë Z e ºÌÅZ¨» Á ¦Ë Z e - Jamilnia · Á Á Á X i u ] o v ] X ] l u ZW P...

Documents