پروژه کنترل

 کنترل چیست؟

کنترل در مهندسی یعنی «هدایت و تنظیم رفتار یک سیستم» به‌طوری‌که خروجی اون سیستم مطابق با مقدار دلخواه (مرجع) بشه.
هدفش اینه که سیستم پایدار، دقیق، سریع و قابل اعتماد کار کنه.

---

 مثال‌های ساده از کنترل:

• ترموستات در کولر یا بخاری دما رو تنظیم می‌کنه.

• کروز کنترل خودرو سرعت ماشین رو ثابت نگه می‌داره.

• سیستم تعادل پهپاد باعث می‌شه موقع پرواز سقوط نکنه.

در همه‌ی این موارد، یه حلقه‌ی کنترل وجود داره که ورودی، خروجی و بازخورد (Feedback) داره.

---

 ساختار سیستم کنترل:

یک سیستم کنترل معمولاً از این بخش‌ها تشکیل میشه:

1. ورودی مرجع (Setpoint): مقدار مطلوب (مثلاً دمای ۲۵ درجه).

2. خروجی سیستم: مقدار واقعی (مثلاً دمای فعلی اتاق).

3. حسگر (Sensor): برای اندازه‌گیری خروجی واقعی.

4. کنترل‌کننده (Controller): تصمیم می‌گیره چطور باید سیستم رو تنظیم کنه.

5. عملگر (Actuator): فرمان کنترل‌کننده رو اجرا می‌کنه (مثل موتور یا شیر برقی).

6. بازخورد (Feedback): مسیر برگشتی که اختلاف بین مقدار واقعی و مطلوب رو مشخص می‌کنه.

---

 انواع سیستم‌های کنترل:

1. کنترل حلقه باز (Open Loop): بدون بازخورد
   مثال: تایمر ماشین لباسشویی (فقط زمان می‌گیره و متوقف میشه).

2. کنترل حلقه بسته (Closed Loop): با بازخورد
   مثال: کولر گازی که دما رو می‌سنجه و خودش خاموش یا روشن میشه.

---

 شاخه‌های مهم در درس کنترل:

1. کنترل خطی (Linear Control):

   • تحلیل پایداری سیستم‌ها

   • مکان هندسی ریشه‌ها

   • پاسخ زمانی و فرکانسی

   • طراحی PID

2. کنترل دیجیتال و پروژه کنترل:

   • طراحی کنترل‌کننده‌ها در حوزه‌ی زمان گسسته

   • استفاده از تبدیل Z

3. کنترل مدرن (State Space) و پروژه کنترل:

   • استفاده از ماتریس‌های حالت برای توصیف سیستم

   • طراحی کنترل به کمک فیدبک حالت

4. کنترل فازی و هوشمند و پروژه کنترل:

   • بر پایه منطق فازی یا شبکه‌های عصبی

   • برای سیستم‌های پیچیده که مدل ریاضی دقیق ندارن

---

 ابزارها و نرم‌افزارها در پروژه کنترل:

• MATLAB / Simulink (مهم‌ترین ابزار برای شبیه‌سازی کنترل)

• Arduino / Raspberry Pi (برای پروژه‌های عملی)

• Python (با کتابخانه‌هایی مثل control یا scipy.signal)

• LabVIEW (در پروژه‌های صنعتی و آزمایشگاهی)

---

 کاربردهای مهندسی کنترل:

• رباتیک و پهپاد

• صنایع خودروسازی (ترمز ABS، پایداری خودرو)

• سیستم‌های برق (کنترل ولتاژ، توان و فرکانس)

• پزشکی (کنترل دوز دارو یا ضربان قلب مصنوعی)

• کارخانه‌ها (اتوماسیون و خطوط تولید)

 مفاهیم پایه‌ای در کنترل

۱. پایداری (Stability)

پایداری یعنی وقتی سیستم دچار اختلال بشه، دوباره به حالت تعادلش برگرده.
مثلاً اگه توپ رو درون یک کاسه بندازی، بالا و پایین می‌ره ولی در نهایت به مرکز برمی‌گرده ⇒ پایدار
اما اگه روی قله‌ی تپه بذاری، با یه تلنگر می‌افته ⇒ ناپایدار

در کنترل، سیستم باید پایدار باشه تا بتونیم روش حساب کنیم.

---

۲. پاسخ گذرا و ماندگار (Transient & Steady-State Response)

• پاسخ گذرا: رفتار سیستم در لحظه‌های اولیه‌ی تغییر (مثلاً وقتی کولر تازه روشن میشه و دما داره تنظیم میشه).

• پاسخ ماندگار: رفتار سیستم بعد از مدت طولانی، وقتی همه‌چیز تثبیت شده.

هدف کنترل اینه که پاسخ گذرا سریع و بدون نوسان باشه، و پاسخ ماندگار خطا نداشته باشه.

---

۳. خطای ماندگار (Steady-State Error)

تفاوت بین خروجی واقعی و مقدار مطلوب در حالت پایدار.
هرچی خطا کمتر، کنترل بهتر 

---

۴. سیستم‌های مرتبه اول و دوم

در درس کنترل، سیستم‌ها معمولاً با «معادلات دیفرانسیل» توصیف می‌شن.

• مرتبه اول: یه متغیر دینامیکی (مثل دمای اتاق)

• مرتبه دوم: دو متغیر (مثل موقعیت و سرعت یک جرم فنر-دمپر)