حوزهٔ ۱۲
سامانه‌های کنترل
بازخوردی که یک سامانه را روی هدف نگه می‌دارد
سامانه‌های کنترل اندازه می‌گیرند که یک ماشین چه می‌کند، آن را با کاری که باید انجام دهد مقایسه می‌کنند و بارها و بارها اصلاحش می‌کنند. همین بازخورد، اتاق را در دمای مناسب یا مخزن را در سطح آب مناسب نگه می‌دارد.
مناسب چه کسانی است
یادگیرندگانی که از نمودارها و تنظیم دقیق لذت می‌برند و هر کسی که از خود پرسیده است ترموستات چگونه اتاق را گرم نگه می‌دارد.
آنچه یاد می‌گیرید
- بازخورد چیست: اندازه بگیر، مقایسه کن، اصلاح کن
- حسگرها و کنترل‌کننده‌ها چگونه با هم کار می‌کنند
- یک کنترل‌کنندهٔ PI یا PID چگونه تصمیم می‌گیرد چقدر قوی واکنش نشان دهد
- چرا یک سامانه ممکن است از هدف فراتر برود (فراجهش) یا نوسان کند و چگونه می‌توان آن را در چارچوب مدل آموزشی پایدار کرد
آزمایش‌های نمونه
-
با کنترل یک شیر، سطح آب یک مخزن مجازی را در سطح هدف نگه دارید.
-
یک کنترل‌کننده را تنظیم کنید و ببینید آیا دما از هدف فراتر می‌رود یا نه.
-
بازخورد را خاموش و روشن کنید و رفتار سامانه را در دو حالت مقایسه کنید.
چیزهایی که می‌توانید بسازید
-
یک ترموستات برای گلخانه
-
یک کنترل‌کنندهٔ سطح آب برای مخزن
-
موتوری که سرعتش را ثابت نگه می‌دارد
این نمونه‌ها نوع کار در این حوزه را نشان می‌دهند. درس‌های منتشرشده ممکن است متفاوت باشند.
آنچه شبیه‌سازی ساده می‌کند
- سامانه‌ها مدل‌های آموزشی ساده‌شده‌اند: ایدهٔ کنترل را نشان می‌دهند، نه رفتار دقیق یک ماشین واقعی را.
- حسگرهای واقعی نویز دارند و کُندند و ماشین‌های واقعی محدودیت‌هایی دارند که ممکن است مدل آن‌ها را در نظر نگیرد.
هر شبیه‌سازی واقعیت را ساده می‌کند. دانستن اینکه چگونه این کار را می‌کند، بخشی از یادگیری مهندسی است.
پیوند با درس‌های مدرسه
ریاضی (نمودارها و نرخ‌ها)، فیزیک، علوم رایانه، فناوری
ارتباط با حوزه‌های دیگر
سامانه‌های کنترل بر پایهٔ خودکارسازی، حسگرها و مدارهای الکتریکی ساخته می‌شوند و ربات‌ها، سامانه‌های گرمایشی و آب‌رسانی را پایدار نگه می‌دارند.
خوب است بدانید
بدن شما هم از بازخورد استفاده می‌کند: وقتی خیلی گرمتان می‌شود، عرق می‌کنید تا خنک شوید و وقتی سردتان می‌شود، می‌لرزید تا گرم شوید.