برنامه درسی

سیستمهای کنترل خطی، سیستمهای دیجیتال2
 

1. D. Shetty and R.A. Kolk, Mechantronics System Design, CL-Engineering, 1997.

2. R. Iserman, Mechatronics Systems, Springer Verlag, 1999.

3. W.Bolton, Mechatronics,2003

• تعریف مهندسی مکاترونیک و تاریخچه آن
• فلسفه طراحی مکاترونیکی و اصول طراحی سیستمهای چند حوزه ای
• اجزای اساسی سیستمهای مکاترونیکی و نحوه ارتباط آنها
• مبانی حسگرها و محرک ها در سیستمهای مکاترونیکی
• مبانی مدلسازی سیستمهای چند حوزه ای
• معادلات لاگرانژ برای توصیف دینامیک سیستمهای مکاترونیکی
• آشنایی با ساختارهای هوشمند از جمله پیزوالکتریکها
• سیستمهای کنترل نهفته
• اصول سیستمهای بلادرنگ
• آشنایی با برخی محصولات مکاترونیکی

  آشنایی با تعریف و تاریخچه مهندسی مکاترونیک، فلسفه طراحی تجمیعی؛ تجمیع سخت افزاری و نرم افزاری، اصول مدلسازی سیستمهای چند حوزه ای، مشخصات و نحوه انتخاب عناصر و طراحی کلی سیستمهای مکاترونیکی
 

مدارهای الکتریکی 2 ، سیگنالها و سیستمها
 

1.G. F. Franklin, D. Powell and A. Emami – Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, 6th ed., Prentice – Hall, 2009.

2.J. I. DAzzo and C. H. Houpis, Linear Control System Analysis and Design with MATLAB, 5thed., Marcel Dekker, 2003.

3.K. Ogata, Modern Control Engineering, 5th ed., Prentice – Hall, 2009.

4. F. Golnaraghi and B. C. Kuo, Automatic Control Systems, 9th ed., Wiley, 2009.

5. R. C. Dorf and R. H. Bishop, Modern Control Systems, 12th ed., Prentice – Hall, 2010.

6. ع. خاکی صدیق، سیستمهای کنترل خطی، دانشگاه پیام نور، .

• معرفی سیستمهای کنترل : مدلسازی سیستمهای نمونه، معرفی ساختارهای مختلف کنترلی
• نمایش سیستمهای خطی : تابع تبدیل، نمودار بلوکی، گراف جریان سیگنال
• پاسخ زمانی سیستمهای خطی : پاسخ ضربه، پاسخ پله، پاسخ شیب، تحلیل پاسخ حالت گذرای سیستم، مشخصه های پاسخ زمانی مدارهای مرتبه اول و دوم، خطاهای حالت ماندگار
• تحلیل پایداری : تعریف پایداری، معادله مشخصه، قطبها وشرایط پایداری، بررسی پایداری به روش روث و هرویتز
• روش مکان هندسی ریشه ها : نمودارهای مکان ریشه، قوانین رسم نمودار مکان ریشه، تحلیل مکان ریشه ای سیستمهای کنترل
• طراحی به کمک مکان هندسی ریشه ها : طراحی جبرانسازهای بهره تناسبی، پیش فاز، پس فاز، طراحی جبرانساز PID
• روشهای پاسخ فرکانسی : نمودار بود، تعریف سیستم مینیمم فاز و غیر مینیمم فاز، نمودار نایکوییست، محک پایداری نایکوییست، مشخصههای پایداری، قطبها و صفرها بر روی محور موهومی، نمودار نیکولز
• طراحی فرکانسی : طراحی کنترل کننده بر مبنای نمودار نایکوییست، طراحی کنترل کنندههای PD ،PI ،Pو ،PIDآشنایی با نرم افزار متلب

آشنایی با روشهای تحلیل و طراحی سیستمهای کنترل خطی تک متغیره در حوزه زمان و فرکانس

ندارد

1. J. Mohammadpour, K. M. Grigoridis, Efficient Modeling and Control of Large- Scale Systems, Springer, 2010.

2. J. Lunze, Feedback Control of Large Scale Systems, Bookmundo Direct, 2020.

3. E. J. Davison, A. G. Aghdam, D. E. Miller, Decentralized Control of Large- Scale Systems, Springer, 2020.

4. A. C. Antoulas, Approximation of Large- Scale Dynamical Systems, SIAM, 2005.

• مقدمه : تعریف، مثالهایی از سیستمهای مقیاس بزرگ
• ارتباط متقابل، عدم تمرکز،
• سیستمهای سلسله مراتبی، مدلسازی با استفاده از گراف
• تحلیل پایداری سیستمهای بزرگ
• سیستمهای غیر متمرکز، مدلهای ثابت و جبرانسازهای غیر متمرکز
• تنظیم کنندههای مجذوری غیر متمرکز
• سیستمهایی با دو مقیاس زمانی، مقیاس زمانی سلسله مراتبی عملیات سلسله مراتبی نمایش سیستم با مدلهای ابعاد محدود،سیستمهای ترکیبی

آشنایی با سیستمهای مقیاس بزرگ، مدلهای سیستمهای مقیاس بزرگ و کنترل آنها
 

سیستمهای کنترل خطی
 

1. K. J. Astrom and T. Hagglund, PID Controllers: Theory, Design, and Tuning, International Society for Measurement and Control, 1995.

2. A. J. Crispin, Programmable Logic Controllers and Their Engineering Application, McGraw Hill, 1996.

.3ح. ر. تقیراد، مقدمه بر اتوماسیون و کنترل فرآیندهای صنعتی، انتشارات دانشگاه خواجه نصیر طوسی، .

• تعاریف و کلیات : فرآیند صنعتی، مزایای اتوماسیون، عناصر اتوماسیون، مدلسازی و کنترل فرآیند، کنترل کنندههای PID
• اتوماسیون صنعتی : مقدمه، نمودار کنترل سیستم از سختافزار تا DCSو سپس ،FCSمقدمهای بر PIDو :PLCاصول پایه، سختافزار، روشهای برنامهریزی، برنامهریزی نردبانی، توسعه یک برنامه ساده، مثالهایی از کاربرد PLCدر فرآیند صنعتی
• مدلسازی فرآیند : مدلسازی بر اساس اصول فیزیکی حاکم بر فرآیند، به دست آوردن معادلات حالت، معرفی و مدلسازی مکانیسمهای کنترل سطح، جریان، فشار، دما و غلظت
• شناسایی فرآیند : مدلسازی استاتیکی، مدلسازی دینامیک برای سیستمهای مرتبه اول و دوم بدون تأخیر، فرآیندای انتگرالی، سیستمهای نوسانی معرفی نسبت کنترلپذیری و بهره نهایی نرمالیزه شده، روشهای پاسخ فرکانسی، روش پاسخ فرکانسی زیگلر- نیکولز، روش فیدبک رلهای، روشهای پیشرفته شناسایی پارامتری، روش حداقل مربعات، سیستمهای گسسته و پیوسته رتبه بالا
• طراحی تنظیم و پیاده سازی کنترل کننده : PIDمعیارهای طراحی کنترل کنندهها، معرفی بخشهای مختلف کنترل کننده ،PIDاثر جمع شدن (اشباع) انتگرالگیر، انواع و روشهای پیادهسازی، معرفی یک کنترل کننده PIDصنعتی، روشهای ،DDC روشهای تنظیم زمانی زیگلر- نیکولز، ،IAE, ISEروشهای تنظیم فرکانسی زیگلر- نیکولز و روشهای دیگر، ویژگیهای کنترلی ،PIDسیستمهای با تأخیر و سیستمهای درجه بالا
• معرفی ساختار کنترلی در صنعت : کنترل کننده های ،On/Offپیشخور Feed Frowardموازی Cascade انتخابی Split Rangeو چند بازهایRatio Control کنترل نسبتOverride اولویتدارSelective

آشنایی با ساختارهای مختلف کنترل صنعتی و روشهای طراحی و پیادهسازی کنترل کنندهها در صنعت
 

همنیاز اصول کنترل مدرن
 

1. M. W. Spong, S. Hutchinson, M. Vidyasagar, Robot Modeling and Control, 2nded., Wiley, 2020.

2. J. Craig, Introduction to Robotics: Mechanics and Control, 4th ed., Pearson, 2017.

3. L. W. Tsai, Robot Analysis: the Mechanics of Serial and Parallel Manipulators, Wiley, 2008.

4. H. Asada, J-J. E. Slotine, Robot Analysis and Control, Wiley, 1991

• مقدمه : معرفی بازوها و سیستمهای رباتیک، و مقدمات ریاضی برای بررسی دینامیک و کنترل بازوهای مکانیکی
• تبدیلهای ریاضی : تعریف موقعیت، سرعت و جهتگیری، ماتریس دوران، ماتریس تبدیل و زوایای اویلر
• سینماتیک مستقیم و معکوس : پارامترهای دناویت هارتنبرگ، فضای مفصلی و کارتزین، روش هندسی، روشهای بازگشتی، قضیۀ پفایفر، زیرفضاهای سینماتیکی
• تحلیل ژاکوبین : سرعت زاویهای، تعیین سرعت مفاصل، روش بازگشتی، تعریف ژاکوبین، تکینگی، رابطۀ نیرو و
• گشتاور دینامیک : شتاب خطی و زاویهای، روش نیوتن- اویلر، روشهای بازگشتی، روش لاگرانژ، روش بازگشتی
• لاگرانژ تولید مسیر : روشهای فضای مفصلی و کارتزین، منحنیهای درجۀ سه و منحنیهای سهموی-خطی، روشهای بهینۀ زمانی
• طراحی کنترلکننده خطی : سیستمهای رستۀ دو،مدلسازی و شناسایی خطی بازوهای مکانیکی با جعبه دنده، طراحی کنترل خطی بر اساس مدل شناسایی شده
• طراحی کنترلکننده غیرخطی : روشهای خطی سازی با فیدبک، روش گشتاور محاسبه شده، روشهای چند متغیره براساس ژاکوبین کنترلهای نیرو،
• امپدانس و هیبرید : معرفی روشهای ترکیبی کنترل نیرو و موقعیت به صورت همزمان
   

آشنایی با اصول مدلسازی و کنترل بازوهای مکانیکی به عنوان مهمترین سیستمهای رباتیک صنعتی وهمچنین سینماتیک و دینامیک مستقیم و معکوس بازوهای مکانیکی و طراحی کنترل خطی و غیرخطی رباتها
 

1. K. J. Astrom and B. Wittenmark, Computer-Controlled Systems: Theory and Design, 3th ed., Prentice-Hall, 1996.

2. K. Ogata, Discrete-Time Control Systems, 2nd d., Prentice-Hall, 1995.

3. B. C. Kao, Digital Control Systems, 2nd ed., Oxford University Press, 1995.

4. G. F. Franklin, J.D. Powell and M. L. Workman, Digital Control of Dynamic Systems, 3rd ed., Addison-Wesley, 1997.

• معرفی سیستمهای کنترل دیجیتال و کامپیوتری، گذار از زمان پیوسته به زمان گسسته و از مقدار پیوسته به دیجیتال، ارتباط طیف (فوریه) سیگنال اصلی و سیگنال نمونهبرداری شده، بازسازی سیگنال اصلی، پدیده اختلاط فرکانسی، ارتباط تبدیل لاپلاس سیگنال اصلی و تبدیل Zسیگنال گسسته، گذار از گسسته به پیوسته، معادل گسسته مدلهای پیوسته، مدلسازی مبدل دیجیتال به پیوسته ( ،)DAبهدستآوردن اطلاعات بین نمونه ها
• نمایش و تحلیل خصوصیات سیستمهای دیجیتال: نمایش سیستمها توسط تبدیل ،Zمعادل گسسته مدلهای پیوسته از روی معادلات حالت، محاسبه تابعنمایی ماتریس (تابع انتقال حالت،) قضایای کنترلپذیری و رویت پذیری، معرفی تحققهای گوناگون برای یک تابع تبدیل، پایداری و ناپایداری برای مدلهای گسسته و آزمونهای آن روشهای طراحی پایه: استفاده از تقریبهای گسسته جبرانسازهای پیوسته، فیلترهای ضداختلال فرکانسی، طراحی به کمک فن مکان هندسی ریشهها و ملاحظات، طراحی در حوزه فرکانس و ملاحظات، طراحی به روش حداقل نمودن نشست و ملاحظات، طراحی با استفاده از ویژگیهای چندجملهایها روشهای طراحی در فضای حالت: طراحی با استفاده از مفاهیم تحقق ها، کنترلکنندههای فضای حالت بهینه، فیلترهای کالمن، عملکرد ردیابی آشنایی با روشهای پیاده  سازی کنترلکنندههای دیجیتال: بررسی روشهای پیادهسازی کنترل دیجیتال در صنعت، بررسی نمونه کنترلکننده دیجیتال

آشنایی با روشهای طراحی و پیادهسازی کنترلکنندههای دیجیتال با رویکردهای پایه و فضای حالت
 

اصول کنترل مدرن

سیستمهای کنترل خطی

D.E.Kerk,'Optimal Control theory and Introduction'2001

هدف اصلی این درس، بهینه‌سازی استفاده از منابع و بهبود عملکرد سیستم در حضور متغیرهای مختلف و شرایط متغیر است و در مواجهه با مسائلی که دارای اهداف متعارف یا متغیرهای تصادفی هستند، یک استراتژی کنترلی پویا و بهینه ارائه می‌دهد.