1 مقدمه:
کنترل خودکار پيشرفت علوم مهندسي نقشي حياتي داشته است. کنترل
خودکار علاوه بر نقش بسيار مهمي که در سيستمهاي فضا پيما، هدايت موشک،
روباتها و سيستمهاي مشابه داشته است. بخش مهم ناگسستني از فرآيندهاي صنعتي
امروزي است. کنترل خودکار در کنترل عددي ماشينهاي ابزار، طراحي هواپيماهاي
بي سر نشين و طراحي اتومبيل وکاميون کاملاً ضروري است. در فرايند صنعتي
متنوعي چون کنترل فشار، دما، رطوبت، چسبندگي و جريان نيز کنترل نقشي اساسي
دارد.
چون پيشرفت نظرية کنترل خودکار و کاربردهاي آن عامل دستيابي به
کارايي بهينة سيستمهاي ديناميکي، ازدياد بازده، و تسهيل کارهاي تکراري دستي
است، مهندسين و دانشمندان بايد درک خوبي در اين زمينه کسب کنند.
مرور
تاريخي: اولين کار برجسته در زمينة کنترل خودکار، ناظم گريز از مرکز جيمز
وات، براي کنترل سرعت ماشينهاي بخار در قرن هيجدهم است. ديگر کارهاي برجسته
در مراحل اولية بسط نظريه کنترل توسط مينوسکي، هازن، نايکوييست وديگران
انجام شده است. در 1922 مينورسکي بر روي کنترل خودکار کشتيها کارکرد و نشان
داد که چگونه مي توان پايداري را با توجه به معادلات ديفرانسيل توصيف
کنندة سيستم تعيين کرد. در 1932، نايکوييست روش نسبتاً ساده اي براي
تعيين پايداري سيستمهاي حلقه بسته، براساس پاسخ حلقه باز به وروديهاي
سينوسي، ارائه کرد. در سال 1934 هازن، که اصطلاح سرو مکانيسم براي سيستمهاي
کنترل وضعيت از ابداعات اوست. طراحي که سيستم سرومکانيسم رله اي را مورد
بحث قرار داد، که مي توانست ورودي متغيري را به خوبي دنبال کند.
در دهة
1940 روشهاي پاسخ فرکانسي (خصوصاً روش نمودار بوده که توسط بوده ابداع شد)
امکان طراحي سيستمهاي کنترل حلقه بسته اي خطي يي را فراهم کرد که شاخصهاي
عملکرد را براورده مي کردند. طي سالهاي آخر دهة 1940 تا سالهاي اول دهة
1950، ايوانز روش مکان هندسي ريشه ها را به طور کامل مورد بررسي قرار داد.
روشهاي
پاسخ فرکانسي و مکان هندسي ريشه ها اساس نظرية کلاسيک کنترل هستند. اينها
به سيستمهاي منجر مي شوند که پايدارند و مجموعه اي از خواسته اي کم و بيش
دلخواه عملکرد را برآورده مي کنند. اين سيستمها در حالت کلي قابل قبول اند،
ولي به هيچ مفهومي بهينه نيستند. از اواخر دهة 1950 به بعد، تاکيد از
طراحي سيستمي که کار قابل قبولي دارد، به طراحي سيستمي بهينه معطوف گشته
است.
چون دستگاههاي چند ورودي، چند خروجي امروزي روز به روز پيچيده تر
مي شوند، توصيف يک سيستم کنترل امروزي باتعداد معادله انجام مي شود. نظرية
کلاسيک کنترل که تنها به سيستمهاي يک ورودي- يک خروجي اختصاص دارد، براي
تحليل اين سيستمهاي چند ورودي- چند خروجي توانايي کافي ندارد. از اواسط دهة
1960، به خاطر در دسترس بودن کامپيوترهاي ديجيتال، تحليل سيستمهاي پيچيده
در حوزة زمان امکان پذير شده است. به همين خاطر نظرية جديد کنترل بر اساس
تحليل و طراحي در حوزة زمان، با استفاده از متغيرهاي حالت پاگرفته است تا
بتواند از عهدة تحليل دستگاههاي پيچيدة امروزي برآيد و سيستم کنترلي تحويل
دهد که خواسته هاي مربوط به وزن، هزينه، و دقت را، که امروزه با وسواس
بيشتر و تولرانس کمتر تعيين مي شوند، برآورده کند.
طي سالهاي 1940 تا
1980 تحقيقات گسترده اي در مورد کنترل بهينة سيستمهاي قطعي و اتفاقي، کنترل
وفقي و يادگيرندة سيستمهاي پيچيده صورت گرفت. از 1980 تاکنون تحقيقات نظري
کنترل حول مباحثي چون کنترل مقاوم، کنترل , و موضوعات مرتبط با آنها
دورمي زده است.
