معرفی مختصر کنترل‌کننده‌های مقاوم – علیرضا محمودی فرد

طبق گزارش فرا اقتصاد بین الملل، کنترل‌کننده‌های مقاوم، کنترل‌گرهایی هستند که طراحی پیچیده‌ای دارند و می‌توانند با احتساب عدم‌قطعیت‌های مختلف و نویز و اغتشاش‌ها، به کار خود بپردازند.

مقدمه

کنترل‌کننده‌های مقاوم (Robust Controllers) به‌عنوان یکی از بخش‌های حیاتی در مهندسی کنترل، به طراحی و پیاده‌سازی سیستم‌هایی می‌پردازند که قادر به تحمل عدم قطعیت‌ها و تغییرات غیر منتظره در شرایط عملیاتی هستند. این یادداشت به بررسی مفهوم کنترل مقاوم، تکنیک‌ها، چالش‌ها و کاربردهای آن در صنایع مختلف می‌پردازد.

۱. تعریف کنترل‌کننده‌های مقاوم

کنترل‌کننده‌های مقاوم به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند در برابر واریانس‌های پارامترها، نویزها و اختلال‌ها و عدم قطعیت‌هایی که در سیستم وجود دارند، عمل کنند. هدف اصلی این کنترل‌کننده‌ها، تضمین عملکرد مطلوب سیستم در تمام شرایط، حتی در بدترین حالت‌های ممکن است.

۲. تکنیک‌های طراحی کنترل‌کننده مقاوم

چندین تکنیک برای طراحی کنترل‌کننده‌های مقاوم وجود دارد، که در زیر به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:

کنترل H-infinity (H∞ Control)

این روش بر اساس نظریه فیلترهای بهینه عمل می‌کند و به‌دنبال کمینه‌سازی حداکثر تاثیر اختلال‌ها بر روی سیستم است. این کنترل‌کننده به‌خوبی می‌تواند در شرایط عدم قطعیت عمل کند.

کنترل LQG (Linear Quadratic Gaussian)

این روش ترکیبی از کنترل LQR (Linear Quadratic Regulator)  و فیلتر کالمن است، که به کنترل سیستم‌های خطی تحت‌تأثیر اختلال‌های گوسین کمک می‌کند.

کنترل فازی (Fuzzy Control)

در این روش، از منطق فازی برای مقابله با عدم قطعیت‌های غیرخطی استفاده می‌شود. کنترل‌کننده‌های فازی، قادر به ارائه عملکرد قابل قبول حتی با داده‌های ورودی غیرقطعی هستند.

کنترل‌کننده‌های چندگانه (Multiple Model Control)

این روش شامل استفاده از چند مدل مختلف برای سیستم است. با توجه به تغییر شرایط، کنترل‌کننده، بهترین مدل را انتخاب می‌کند تا عملکرد نظم‌یافته باقی بماند.

۳. چالش‌ها در طراحی کنترل‌کننده مقاوم

طراحی کنترل‌کننده‌های مقاوم، با چالش‌هایی همراه است، از جمله:

پیچیدگی محاسباتی: طراحی‌های پیچیده می‌توانند محاسبات قابل توجهی را نیاز داشته باشند، به‌ویژه در سیستم‌های بزرگ و غیرخطی.

تنظیم پارامترها: انتخاب پارامترهای مناسب برای اطمینان از عملکرد مطلوب در تمامی شرایط، ممکن است چالش‌برانگیز باشد.

مدل‌سازی دقیق: دسترسی به مدل دقیق از سیستم برای طراحی کنترل مقاوم، بسیار مهم است. در صورتی که مدل دارای خطا باشد، عملکرد کنترل‌کننده تحت‌تأثیر قرار می‌گیرد.

۴. کاربردهای کنترل‌کننده‌های مقاوم

کنترل‌کننده‌های مقاوم در بسیاری از صنایع و سیستم‌ها کاربرد دارند:

صنعت هوافضا: برای کنترل پرواز و سیستم‌های راهبردی زیر فشارهای مختلف جوی و تغییرات در شرایط محیطی.

رباتیک: در ربات‌های انسانی مانند ربات‌های خدمت‌رسان و ربات‌های صنعتی که نیاز به حفظ عملکرد در شرایط ناپایدار دارند.

نیروگاه‌های تولید برق: برای حفظ پایداری شبکه برق در برابر نوسانات بار و اختلالات ناگهانی.

خودروسازی: در سیستم‌های کنترل دینامیک خودران برای واکنش به شرایط جاده و خطرات ناگهانی.

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

کنترل‌کننده‌های مقاوم، با طراحی‌های مناسب می‌توانند در برابر عدم قطعیت‌ها و اختلالات عملکردی مؤثر باشند. با افزایش روزافزون پیچیدگی سیستم‌های مدرن و چالش‌های جدیدی که ارائه می‌دهند، ادامه تحقیقات و توسعه در این زمینه اهمیت زیادی دارد. کنترل مقاوم نه تنها به بهبود کیفیت و پایداری سیستم‌ها کمک می‌کند، بلکه به نوآوری در فناوری‌های مختلف نیز سرعت می‌بخشد.

با تنظیم: علیرضا محمودی فرد – کارشناس ارشد مهندسی کنترل و مدرس درس آزمایشگاه سیستم‌های کنترل خطی در دانشگاه