مقاله طراحی کنترل کننده مدرن برای تقویت کننده عملیاتی

دانلود مقاله طراحی کنترل کننده مدرن برای تقویت کننده عملیاتی

پیشگفتار

در طول تاریخ بشریت کنترل سیستم ها از مسائلی بوده که انسان همواره با آن درگیر می باشد بطور کلی همه انسان ها خواستار این مسئله هستند که سیستم تحت اختیار آنها یک سیستم پایدار بوده و یا اینکه حالت خاصی را داشته باشد که همان مفهوم ردیابی ورودی مرجع می باشد .

مهندسی کنترل پایه تئوری فیدبک و تئوری تحلیل سیستم های خطی و مکملی بر تئوری شبکه ها و ارتباطات می باشد لذا مهندسی کنترل محدود به یک مهندسی منظم و دارای چار چوب عملیاتی خاص
نمی باشد بلکه به لحاظ علمی ، هوانوردی ، شیمی ، مکانیک و شهر نشینی را تحت پوشش قرار می دهد.

درزندگی روزمره سیستم‌های کنترل الکتریکی،مکانیکی وشیمیایی موجبات آسایش ما رافراهم می‌آورند.

کنترل خودکار علاوه بر نقش مهمی که در سیستم های مذکور دارد نقش عمده ای در سیستم های صنعتی امروزی ایفا می کند.

یک سیستم مجموعه ای از اجزاء است که به منظور انجام عملیات معین ، طبق ضوابطی مشخص با یکدیگر تبادل انرژی یا اطلاعات می کنند.

هدف از مطالعه یک سیستم و آنالیز آن در واقع پی بردن به کیفیت کار سیستم ها و بدست آوردن رابطه بین اجزاء تشکیل دهنده سیستم بر محیط و بر عکس دانست.

کنترل کننده مقدار واقعی خروجی را با ورودی مطلوب مقایسه و تفاوت آنها را تعیین کرده و یک سیگنال کنترل تولید می کند تا مقدار خطا را به صفر یا حداقل برساند شیوه تولید سیگنال کنترل کننده ، عملیات کنترلی نامیده می شود.

کنترل کننده ها انواع مختلفی از قبیل هیدرولیکی ، الکترونیکی و نیوماتیکی یا ترکیبی از آنها دارد.

کنترل‌ کننده‌ ها با اهداف و انگیزه هایی متفاوت طراحی و ساخته می شوند از‌ مهمترین این ‌اهداف ‌
می توان موارد زیر را نام برد:

 افزایش سرعت پاسخ سیستم

کاهش حساسیت به اغتشاش

حذف خطای حالت ماندگار

پایدار سازی سیستم های ذاتاً ناپایدار

کنترل پذیری و رویت پذیری دو مشخصه مهم سیستم می باشند که فقط مختص فضای حالت بوده و در این فضا از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشند و در مفاهیم فرکانسی و کنترل کلاسیک وجود ندارند.

کنترل پذیری بیانگر تاثیر از ورودی و رویت پذیری بیانگر مشاهده در خروجی می باشد.

در فصل های بعدی به بررسی کامل تر و دقیق تر موارد فوق خواهیم پرداخت.

–

فصل اول

تقویت کننده های عملیاتی

مقدمه

مدت زمان زیادی است که آپ امپ ها به کار گرفته می شوند در ابتدا کاربرد آنها در زمینه محاسبات قیاسی و ابزار دقیق بود .آپ امپ های اولیه از عناصر نامجتمع (لامپ های خلاء و بعدها  ترانزیستور و مقاومت) ساخته می شد و قیمت گران آنها عامل بازدارنده ای برای استفاده بود در اواسط دهه ۱۹۶۰ اولین آپ امپ مدار مجتمع (IC) به وجود آمد این واحد (۷۰۹ µA) از تعداد نسبتاً زیادی ترانزیستور و مقاومت ، تماماً بر یک تراشه سیلیسیمی ، تشکیل شده بود .

گرچه مشخصه های آن (نسبت به استانداردهای امروز) ضعیف و باز هم بسیار گران بود پیدایش آن از دوران نوینی در طراحی مدار الکترونیکی خبر می داد مهندسان الکترونیک استفاده از آپ امپ را در مقیاس وسیع آغاز کردند که این امر سبب شد بهای آن بسیار پایین بیاید.همچنین خواستار آپ امپ های با کیفیت بالاتر بودند سازندگان نیمه رسانا آپ امپ های پر کیفیت و بسیار ارزان عرضه کردند.

یکی از دلایل عمومیت یافتن آپ امپ ها همه کاره بودن آنهاست و همچنین آپ امپ IC مشخصه هایی بسیار نزدیک به ایده آل دارد ای امر نشان می دهد که با بکارگیری آپ امپ های IC طراحی مدارها بسیار ساده می شود.

–

فهرست مطالب

چکیده مطالب     ۱
پیشگفتار    ۲
فصل اول
تقویت کننده عملیاتی     ۴
مقدمه     ۴
۱-۱- پایانه های آپ امپ    ۵
۱-۲- آپ امپ ایده آل     ۵
۱-۳- تحلیل مدارهای دارای آپ امپ ایده آل – آرایش وارونگر     ۷
۱-۴- کاربردهای دیگر آرایش وارونگر     ۱۰
۱-۵- آرایش ناوارونگر     ۱۳
۱-۶- اثر محدود بودن حلقه باز و پهنای باند بر عملکرد مدار     ۱۶
۱-۷- عملکرد سیگنال بزرگ آپ امپ ها     ۱۷
۱-۸- مشکلات DC    ۱۹
فصل دوم
شبیه سازی سیستم     ۲۱
مقدمه     ۲۱
۲-۱- تابع تبدیل سیستم     ۲۱
۲-۲- فضاهای فضای حالت سیستم     ۲۲
۲-۳- SIMULINK    ۲۵
فصل سوم
کنترل مدرن ۲۶
مقدمه     ۲۶
۳-۱- فضای حالت     ۲۷
۳-۲- پایداری     ۲۸
۳-۳- سیستم های کنترل خطی فیدبک حالت     ۲۹
۳-۴- کنترل پذیری و رویت پذیری     ۳۱
۳-۵- رویت گر     ۳۶
فصل چهارم
بررسی سیستم با استفاده از کنترل کننده فیدبک حالت و رویتگر     ۳۹
مقدمه     ۳۹
۴-۱- کنترل پذیری و رویت پذیری     ۳۹
۴-۲- فیدبک حالت     ۴۱
۴-۳- شبیه سازی سیستم با فیدبک حالت     ۴۵
منابع و مآخذ    ۴۷