132
EF א א א אא א0 W א אEF א א אאא א א אא

تقنية التحكم الآلي نظري

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

0

Wאא

EFאא

אאאא

אאא

Page 2: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

1

،אאא،א

W، אאאאאאאאא

אא،אאאאאאאאאא

אאאאאאאKאאאWאא

א א אא א ،אאאאאאאא،א

א א אא א אא ،אאאאאאא

،אאאאאאאאאאא،אא

Kא ? א א א א J ?

?א א א אא אא א ?אKאאאאא

אאאאאא א ،א א אא

،א א א א Kאא

אאא؛אKא

אאאא

Page 3: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

2

א א א

אאWא ٨

١-١. ١٠

٢-١. אא١١ א

٣-١. א ١٣

1-3-1אאא١٣

1-3-1אאא١٤

1-3-1אאא١٥

1-3-1١٧

5-3-1 ١٩

٤-١ ٢٠

1-4-1אא ٢١

2-4-1אא ٢٣

٥-١. א ٢٨

٦-١. אא ٢٩

1-6-1אאא٣٢ א

2-6-1אאאא ٣٢

3-6-1אאאאא ٣٣

٧-١. אא ٣٤

1-7-1אאאא ٣٥

2-7-1אא ٣٥

٨-١. אא ٣٨

1-8-1א٣٩ א

Page 4: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

3

א א

2-8-1אאא ٤١

.9-1א ٤٨

1-9-1אא ٤٩

2-9-1 ٥١

٥٤

אאאWאא ٥٨

١- ٢ ٦٠

٢- ٢ אא٦١ א

٣- ٢ Kאאא 65

١-٣-٢ אא 65

١-١-٣-٢ אא 65

٢-١-٣-٢ .אא ٦٦

٢-٣- ٢ א٦٧ א

אא ١-٢-٣-٢ ٦٧

٢-٢-٣-٢ אא ٦٩

٣-٢-٣-٢ אא ٧١

٤-٢-٣-٢ אאא ٧٢

٥-٢-٣-٢ אאאא ٧٣

٤-٢ אא ٧٥

٥-٢ אא ٧٦

١-٥-٢ א ٧٧

٢-٥-٢ אא ٧٨

٨٠

Page 5: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

4

א א

Wאאאאא ٨٢

١-٣. ٨٤

٢-٣. Kאאא ٨٥

٣-٣ אאאא ٨٨

١-٣-٣ א ٨٨

٢-٣-٣ אאאא ٨٨

١- ٢-٣-٣ אא ٩١

٢-٢-٣-٣אאאאא ٩٢

٣ -٣-٣ אאאא ٩٤

١-٣-٣-٣אא٩٥ א

٢-٣-٣-٣אא ٩٥

٣-٣-٣-٣ אא ٩٥

٤-٣-٣-٣ אא ١٠٠

١٠٤

אאWאאאאא١٠٧

١-٤. אאא ١٠٩

٢-٤. Kאאאאאא١١٠ א

٣-٤. אאאא ١١١

٤-٤. אאא ١١٢

٥-٤. אאא ١١٣

٦-٤. אאא ١١٥

٧-٤. אאאא ١١٧

٨-٤. אאאאא ١١٩

Page 6: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

5

א א

١٢٢

١٢٥

א١٣٠ א

Page 7: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

6

،،אא،אאא?Wאא?א

?،אאאאאאK?

אאאאאאא،אאאא

אאא،אאאאאאK

אאWא אאWאאאאא

אא،א،אא،אאKאאאאאא،אא

،אאאאאKא

אאWאאאאאאאאאאאא

אאאאאאאאK אאWאאאאא

אאאאאאאאאא

אאאאK אאאWאאאאאא

אאאאאאאאאK

Page 8: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

7

אאאאא

אאאאא אאאKאא

א،אאאKאאא

Page 9: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

8

אאאאאאאא

Page 10: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

9

אאW אאאאאאא

Kא אאאW

١K אKאא

٢K אKאא ٣K אאאKא

٤K אKא

٥K אKאא

٦K אKאאא

٧K אKאאא ٨K אאא

٩K אאאK

١٠K אKא

١١K אאאאאEF

Page 11: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

10

1.1 JIntroduction

אאF(Automatic Control systemsאאאאאאאאאאאKאKאאאא

אאאאאאאאאאאאאאאEאFאא

Kא אאאאאKא

אאאאאאKEאאFאא

אאאאאאא؛אאאאא

אאאKאאאאא

Wא אאא، ،אא ،אא ،אאא אאK

אאאאFComputersEאא)Robot (אאא

אאאאא،،אאאאא

אאאאאאאUrban Planning

Page 12: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

11

FאEnvironmentKEאא

W،אאא ،א ،אא ،אאאא ،אא ،א אאא אKKKאא

2.1אאא.(Control System's Components)

١- ١(א( Eאא FKאא

אא אא אאאאWא

(1-1)

אאאאא

(controlled variable)

عناصر التحكم

+

-

الحاكمController

Eاألمر عنصر الدخل المرجعي

عنصر التغذية الخلفية

(commad)

Page 13: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

12

אא)Controlled Variable (

K אאאא א א אK א א אא א א א

Kאא א(Plant)

אאאאא K א

،،،K א(Disturbance)

א א אאא א א א Kא א W א א

אK אא)Reference Signal(

אאאאאאאKאאאאא

Kא א (Output Signal) אאאאKאאא

א )Error Signal( אאאאאאא

אאאאאאאאאאאKאEאFא

Kאא

Page 14: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

13

א(Controller)

אאאאאאאאאאאאאאאאאאאKא

Kאא א(Sensors)

אאאאKאאאא

א(Actuators)

אאאאאאאאאאK

אא(Final Control Elements) אאאאאאא

Kאאא

3.1א(Illustrative Examples) א א אא

Wא 1.3.1Wאאא

)١2- (אאאא

אאאאאאאאאKא

אאאאאאאאאאאKא

Page 15: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

14

אאאאאאאאאKאאאאאF

Eאאאאא

אKאאאאאאאאאאאKא

אאK

2.3.1Wאאאא

אאאאאF3-1EאאאאKאא

F1J1Eא

א

א

(2-1)א

Page 16: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

15

אאאאא

אאאאK אאאאאאא

KאאאאאFאKEאאא

אאאאאאאאאא

K

3.3.1אWאא Fa-4-1אEאFEא

אאאאאאFEאאKא

אאאאאא

)3-1(א

א

א

אאאא

Page 17: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

16

אאאאאKאאא

FאאEאאאאאאאאאאאאא

Kאא

אא

)4-1(אא

אא

אא

אא

א

Pneumatic valve

Inflow

Controller

Outflow(a)

ControllerPneumatic

valveWater tank

Float

Actual level

Desired level

(b)

Page 18: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

17

א )b-4-1אEאאא

אאאאאאאאאאאK

4.3.1WEאF

אאא)a-5-1(אאאFאEאאאא

אאאאאאאאאאאFא

EאאאאאEFאאאאאא

FאKאb-5-1EאKא

Page 19: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

18

א

(b-5-1) א

א

אאא

א אא

Brain Hand Muscle Hand

Eye

Output Input

(b)

Fa-5-1Eא

א

אא

אאא

א

אא

אא

Brain

א

(a)

א

Page 20: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

19

5.3.1W

Fא6-1EKאPulsesא

אאאאאאא .Va אאאאאא

אאKאאEאFאאאא

אאא،אאאK

א

(6-1)

Va

א محكوم التحكم

א

א אא

אא

Page 21: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

20

4.1Laplace Transformation

Laplace Transformations א אאאאאאאאאאא

אאKאאאאאאא

א t אא אא Sאאא.S

א אא א א S אאאא

Kא אאWReal Partσא

Imaginary PartjωאKאאאאאאאאσ-axisאאאא

א jω-axisאאאS(S-plane))٧-١(K

-

j ω

σσ10

ω1 s1σ1

+ jω1

s-plane

F7-1אאES

Page 22: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

21

1.4.1אא אאאאא

אאאאאKאאKאאא

אאאאא(t) אאאf(t)אא

אאFSEF(s)KאאאWאא

אאאאאאאsK

אאאאאאsK

אאאאsK אאאW

f(t)Zאאא F(s) ZאאאאsאאאאFf(t) (.

s אאZs = σ + jω

L Zא אא(t )fאWא

)11()()]([)(

0

dtetftfsF stL

אאאאאאאאא

1-1

אאאאK

0

0<0)(

tK

ttf

Page 23: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

22

Kאא)8-1(אא

אW J

)()]([

)(

)]([

00

0

S

KsFtf

S

Kee

S

Ke

S

KsF

dteKtf

st

st

L

L

Kאאunit step function

אאאא

1)(

SsF

2-1

אאאאאאאExponential Function

0

0<0)(

te

ttf kt

k אK9-1(א(אאא

אא (8-1)

f(t )

t

K

0

Page 24: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

23

א

Wאאא

1

)()]([

]10[11

1)(

)]([

0

0)(

0

)(

0

KSsFtf

KSee

KS

eKS

sF

dtedteetf

tks

tksstkt

L

L

2.4.1Laplace Transform Theorems אאאאWא

אK אאאאא

Kאא

f(t) = e-kt

k

)9-1(א

(t)

f(t)

Page 25: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

24

)12(][ k.F(s)k.f(t)L

kא א

אאאאאWאא

)13([ 2121 (s)F(s)F(t)]f(t)fL

אאאא

)(sFאאאf(t) ي تقة األول ل الالبالسي للمش إن التحوي ف

אللدالة 1)-(4 0][ )SF(s)-f(

dt

df(t)L

f(0)אאאאf(t)t = 0K Wאאאא

)15(00][ 22

2

) (f)-Sf(F(s)Sdt

f(t)dL

Wאאאא

)16()0(][1

1

fSF(s)Sdt

f(t)d n

k

kknnn

n

L

)0(1kfאא(k-1)t = 0

אאאא אאאאf(t)אW

)17(](t)dt[ 0

S

f(t)

S

F(s)f tL

0)(

tdttfאאt=0

Page 26: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

25

אאא

(8-1))(T)]-(t[ sFef sTL אאS W

(9-1) )((t)][ ksFfe kt L

א

(10-1) )(1

(at)][a

sF

af L

אאא

אאאאאf(t)אf(0) (11-1) ))((lim)(lim

0sSFtf

St f(0)

אא

אאאאf(t)אf(∞)Kאאאאאא

)12-1 ())((lim)(lim

0sSFtf

St )f(

אאאאאא

Page 27: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

26

1

2 s

1

as

1

2 a) (s

1

2 2 ωs

ω

2 2 ωs

s

1 ns

n!

1 n a) (s

n!

)e(e a-b

1 btat b)a)(s(s

1

)ae(bea-b

1 atbt b)a)(s(s

s

)ae(be

ba

1 1

ab

1 btat

b)a)(ss(s1

2 2 ωa)(s

ω

2 2 ωa)(s

as

)e1(at a

1 at2

a) (ss

1 2

tζ1sinωe ζ1

ω 2n

tζω

2 n n 2

n n 2

2 n

ωs2ζs

ω

21

)1sin(

2

1tan

1 1 2

tt nne

2 n n

2 ωs2ζs

s

17

16

15

e-atcos ωt14

e-atsin ωt13

12

11

10

t n e-at (t=1,2,3,…)9

t n (n=1,2,3,…)8

cos ωt7

sin ωt6

te-at5

e-at4

t3

Unit step 1(t)2

1 unit impulse δ(t)1

F(s) f(t)

17

16

15

e-atcos ωt14

e-atsin ωt13

12

11

10

t n e-at (t=1,2,3,…)9

t n (n=1,2,3,…)8

cos ωt7

sin ωt6

te-at5

e-at4

t3

Unit step 1(t)2

1 unit impulse δ(t)1

F(s) f(t)

s

Page 28: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

27

3-1

Wאאאא

tt h(t)

tt y(t)

t e x(t)

et- f(t)

e f(t)

f(t)

t-

-t

t-

cos8141006

cos25

4sin4

23

452

151

5

2

Wא F2-1אEאW

2)s(s

109s

2s

4

s

5]4[]5[]4e[5 -2

s

15[15] )( 1

2t-

teF(s)

sF

LLL

L

)1(s

)2s-s(1)

1s

2()

s

1(]2[][]2e-[t F(s) 3

2

2

2t-

set tLLL

1s

8s

s

14

s

1008cost]14t[100H(s) 6

9s

s

s

2cos3t][2t Y(s) 5

165)(s

4]

45)(s

4[sin4t][e X(s) 4

22

22

2225t-

L

L

L

Wאאאsא٤

Page 29: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

28

5.1אInverse Laplace Transformation

אאאאאאאFsEאאאאFtEKאאא

אאF(s)אאf(t)א-1LW

)13-1(dsesFj

Ftfjc

jc

st

)(2

1(s)][)(

1-L

W F(s)אאאf(t) -1 Lאאא 4-1

אא10

1

sF(s)

אW

אא٤ F1-2אEאאWa=10W

tes

f(t) 10]10

1[

1-L

5-1 אא

81

272

s

F(s)

Wא אאאא

6אאאאא

22 9

93

sF(s)

Page 30: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

29

אאאא3

9W t)(F(s)f(t) 9sin3][-1 L

1.5.1אא Partial Fraction

אאאFא2-1EאאאאאאK

אאאאKאאאאאאKאא

אאאאאPartial Fraction . אאאא

א

)14-1()..().........-)(s(

)-(s..........)( )()(

21

21

n

m

PsPPs

zzszsKsF

W KאK

)n21 ,..... p,pp (Kאא Fm ,..... z,zz 21EKאא

אאאK

KאאאWאא אאאאאאKאא

)15-1( ps

A.......

ps

A

ps

AF(s)

n

n

2

2

1

1

אא12n A ,A.,....................Aא

Page 31: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

30

npsnn

ps

ps

).F(s)p(sA

).F(s)p(sA

).F(s)p(sA

)116(2

22

111

אאn2 1 A ,.....A,Aא)15-1(אאאאאאW

)17-1(t-p

nt-pt-p- neA........eAeA[F(s)]LF(t) 21

211

6-1

אאאK

)41)(ss s(

12Y(s)

Wא אאאאאאאא

4s

A

1s

A

s

AY(s) 321

אאA3 2 1 A,AW

112

12

1)4(-4-

12

4)1)(ss(s

124)(s A

43

12

)41(1

12

4)1)(ss(s

121)(sA

34

12

4)1)(0(0

12

4)1)(ss(s

12sA

4

3

-1s

2

0

1

s

s

Wאאאא

tt eety

ssty

s

443)(

]4

1[]

1

4[]

s

3[ Y(s)][)(

4

1

1s

4

s

3Y(s)

1-1-1-1- LLLL

Page 32: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

31

אאWאא

אאאאKאאkWאאאא

)18-1( p)(s

A.......

p)(s

A

p)(s

AF(s)

kk-

kk

11

1

אאאאK WאAkאאא

)19-1(ps

kk .F(s)p)(sA

Wאאאאא )20-1(

ps

k

r

r

rk .F(s)p)(sds

d

rA

!

1

r١٢٣KKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKFk-1E

8-1

אאא

3

2

)1(

32)(

s

SSsF

א WאאאEFאאא

)1()1()1()( 1

22

33

s

A

s

A

s

AsF

Wאאאא

23)1(2)1(

)1(

321 2

1

3

23

3

ss

SS.)(sA

022)1(

321

!1

11

1

3

23

1

1

2

s

s

ss

SS.)(s

ds

dA

122

1

)1(

321

!21

1

1

3

23

2

2

1

s

ss

SS.)(s

dsd

A

Page 33: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

32

Kאאאאא

)1(

1

)1(

2)(

3

sssF

אאאאS )1()( 22 teeettf ttt

6.1אאClassification of Control Systems

אW אאאאOpen loop control system

אאאאClosed loop control systemK

1.6.1אאאאOpen Loop Control Systems אאאאאKא

אאאאאאאKא

)10-1 (א

א

Actuating signal

(Command) (controlled variable)

األمر

المشغل الحاكمالنظام المحكوم

Page 34: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

33

א)10-1 (אאאאאK

אאאאאאאאאאאא

אאאאאאKאאאאא

2.6.1אאאאClosed-loop Control Systems

אאאאאאאאאאאאF

אאEאKאאאאאKא

אאאאאFeedback Control SystemK

)11-1(

אאאאא

(controlled variable)

عناصر التحكم النھائي

+

-

الحاكمController

Eعنصر الدخل األمر المرجعي

عنصر التغذية الخلفية

(commad)

Page 35: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

34

)11-1 (אאblock diagram،

אEאאאאאאאcontrollerאא

אאאאplantאאאKאאאא

אאאאאאKאאא

אאאאאKאאאOperational Amplifier K

3.6.1אאאאא

J אאאאאאאאאאאאאאאאאKא

אאאא،אאאאאא

J אאאאאאאאאא،אאאא

אאKא J אאאאא

אאKאאאאאאא

אKאאאאא،אאאאאא

אאKא

Page 36: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

35

7.1אאTransfer Function

אאאTransfer Function אאאאאאאאInitial Conditions

EFKWאאEאFאאאא

1.7.1אאאא אא

m)(ntrbdt

tdrb

dt

trdb

dt

trdb

dt

trdb

tcadt

tdca

dt

tcda

dt

tcda

dt

tcda

o

m

m

m

mm

m

m

on

n

nn

n

nn

n

n

)( )(

... )()()(

)()(

... )()()(

1

2

2

1

1

11

2

21

1

1

W א c = output of the system

א r = input of the system

אאאאאאאאאW

)1-22(

(s) ...

)(a ...

12

21

1

12

21

1

Rbsbsbsbsb

sCassasasa

ommmm

m

onnn

n

אא

)23-1 ( o

nn

nn

n

om

mm

mm

asasasasa

bsbsbsbsb

R(s)

C(s)G(s)T. F.

n

m

12

21

1

12

21

1

....

...

(21-1)

אא=

אאא

אאא

Page 37: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

36

8-1

אאאאאWא

0.1 c"(t)+2c'+c(t) = 4r(t)

אאWאאאאאאא

0.1S2C(s)+2SC(s)+C(s)=4R(s)

אWאC(s)אאא )0.1S2+2S+1)C(s)=4R(s(

W א אא א C(s) R(s) K

121.0

4

)(

)().(.

2

SSsR

sCsFT

2.7.1אא

א) 12-1(KאאאאאאK

(12-1 )

H(s)

C(s) R(s) E(s)

B(s)

G(s)

Page 38: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

37

אWאא

C(s) = E(s)G(s) I E(s) = R(s) - B(s) II B(s) = C(s)H(s) III

אIIIאIIאאI C(s) = [R(s) - C(s)H(s)]G(s)

אא

C(s)[(1+G(s)H(s)] = R(s)G(s)

C(s) R(s)אאאא

)24-1( )()(1

)(

)(

)()(

sHsG

sG

sR

sCsTF

אאאאW J

אא

G(s)אאאforward path transfer functionא

E(s)

C(s)G(s)

H(s)אאאfeedback transfer functionא

C(s)

B(s)H(s)

)()(1

)(

sHsG

sG

R(s) C(s)

Page 39: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

38

8.1אאBlock Diagram

אאBlock diagramאאאאאFאאאאאE

אאאאאאאאKאאא

blocksאאאאtransfer functionאאK

אאאאאאאאאK13-1( א(אאאK

אאאאאאאאאאאא

Kאא אאKאא

א א א א Kאאא אא

אKאא א א אKאא

)13-1(אא

Y1(s )X1(s) )s(G1

)(

)()()()()(

1

11111 sX

sYsGsXsGsY

Page 40: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

39

1.8.1אאElements of Block Diagram

אאאKא

E אBlocksWאא E אBranch pointsWאאא

)14-1(KאאאאאאאK

א ESumming Junctions WאאאFאEא

)15-1(K א א א א Kאאא

אא (14-1)

C(s )C(s )

C(s )

Page 41: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

40

א א E Straight Line WאאאאאאאאאK

אEArrows WKאאאא Wאאאאא

אאאאאאK אאאאאאא

אאאK אאאאKא אאאא

Kאאא

אאאאאאאאאK

(15-1) א

Y(s)

X1(s)

X3 (s

X2( )

+

+-

(s)X(s)X(s)XY(s) 321

Page 42: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

41

2.8.1אאאBlock Diagram Simplifications

אאאאאאאאאEאאFא

אאאאאאאאאא؛אאאא

אאאאאKאאאא

אאאאאאאאKאGא

אא X,Y,ZאאHאאאSK

Page 43: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

42

אאאEF

Y = G 1(X G 2)Y 5

Y = G 1(X G 2 4

Y = G 1X

± G 2Xحذف مستطيل (عنصر) من

أحد المسارات األمامية

3

Y = G 1X

± G

عنصران متصالن

على التوازي

2

Y = (G G )X

عنصران متصالن

1 على التوالي

المكافيالمخطط المخطط األصلي

العالقة الرياضية التي اإلجراء تربط الدخل بالخرج

1 25

1 2)Y 4

±

3

X

± 2X

2

= 1 2

1

G 1 G2X Y1 2X Y G1 G2X Y

YG 1

1 ± G 1G 2

GX

G2

Y+

±1

X

2

Y+

±

G1X

G2

Y+1

X

2

Y+

G 1 ± G 2 X Y

X

G1

G2

XG 2

Y+

±

G 1 G2 YX 1

G 2

+

نظام تحكم ذو حلقة

تغذية مغلقة

حذف مستطيل (عنصر) من

أحد المسارات الخلفية

Page 44: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

43

G1 G4 G2 C R

H1

G3

H2

אאא

: 9-1

אאאKאאאא

9

8

7

Z = GX ± Y نقل وصلة تجميع

أمام صندوق

6

Y = GXY =

Y = GXY =

Z = G(X± Y)Z = ± Y)

Z = ± Y

Y

X ZG

Y

X ZX Z

Y

X Z G

1G

Y

X Z

1 Y

X Z

111

Y

X ZG

Y

X Z

Y

X YG

G Y

X Y

X Z

G

YG

X Z

Y

X

XY

G

X

XY YX

G

1 G 1 1

نقل وصلة تجميع

خلف صندوق

نقل نقطة تفريع

أمام صندوق

نقل نقطة تفريع

خلف صندوق

Y

X Y

GY

X Y

Page 45: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

44

Wא ١ JאאאG1,G4W

٢ JאאאG3,G2W

٣ JWאאאא

٤ Jאא

٥ Jאאאאא

G1 G4 G1G4 =

141

41

1 HGG

GG

141

41

1 HGG

GG

G2+G3

R C

H2

G1G4

H1

=

G2

G3

= G2+G3

141

3241

1

)(

HGG

GGGG

R

H2

C

Page 46: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

45

אאאאא

141

23241

141

3241

1

)(1

1

)(

)(

HGG

HGGGGHGG

GGGG

R

CsG

אאא)1( 41 HGGאא

23241141

3241

)(1

)()(

HGGGGHGG

GGGGsG

10-1

אאאאאאאאKאאא

א :אאאאאא

) أ (

R

H

G1G2 G3 C

G1 G2 G3 CR

H

Page 47: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

46

אEFWאא

HGG1

GGG1

HGG1

GGG

R(s)

C(s)

21

321

21

321

אאFHGG1 21EW

32121

321

1)(

)(

GGGHGG

GGG

sR

sC

11-1

אאאאאאאR

CK

C R

HGG

GGG

21

321

1

(ب)

(ج)

(د)

32121

321

1 GGGHGG

GGG

C R

G3 C R

HGG

GG

21

21

1

C(s)

G1

H2

G3 R(s)

H1

G2

Page 48: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

47

א: אאאאאאא

אאאאG1W

E

E

E

E

232121

321

1 HGGHGG

GGG

C R

121

21

1 HGG

GG

1

2

G

H

G3 C R

321232121

321

1 GGGHGGHGG

GGG

C R

G1

1

2

G

H

G3 C R

H1

G2

Page 49: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

48

Wאא

321232121

321

1)(

GGGHGGHGG

GGG

R

CsG

9.1אSignal Flow Graph

KאאאאאEFאאאא

KאאאאאאEFאאאאאK

אאאEFאאאKא

אאאKאאאאא)16-1(K

א (16-1)

X 1 X 3

X 2 X3

X4

a b

d

1

c

)التقاء عقد مختلطة (Mixed nodes

دخل عقدة

(Source)خرج عقدة

(Sink)

(Source)دخل عقدة

Page 50: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

49

אאאא

אאאאאKאאאאאא

אאאאאאאאאא

Mason's ruleK

1.9.1אאBasics of Signal Flow Graph אאאא

KאאאאאאאאאK

אאF17-1א(K

)17-1(אאא

X1

X 1

X2

X2

X4

a

b

a

b

X 1=

X2

a b

X2

(a)

X 1 X2

X3

a

c

X1 X 3

ab

X1 X 3

ab(b)

X1 X 2

a + b=(c)

=X1

X2

ac

bc

X 4(d)

c

X 2 X 1

a b =

X3

X1

ab

bc

X1 X3

ab1 -bc ab

1 -

Page 51: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

50

Fאא17-1אEW

١ Jא2XFאa17-1E12 aXX ٢ Jאאאאאא

F17-1bKE

٣ JאאאאאאFc 17-1E

٤ JאאFd 17-1E

٥ JאאFe 17-1EW

x ])/1[ :أو

x : أنأي

xx

13

313

312,23

xbcab

bcxabx

cxaxbx

א)18-1(אאאאK

)18-1(אאא

R(s)

G(s)

R(s)

R(s)G(s)

C(s)R(s)G(s)

C(s)

R(s)G(s)

C(s)E(s) G(s)

H(s)

R(s)

1

E(s) C(s)

-H(s)

R(s)

G1 (s)G1 (s)

N(s)

E(s)

H(s)

G2(s)G2(s)C(s) G1(s)

R(s)

1

E(s)

G2(s)

-H(s)

1

N(s)

C(s)

Page 52: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

51

2.9.1Mason's Rule

אאGEאFאאאאאאא

אאאKאאאאW

)25-1(kkk

pG

1

אאKpath forwardth ofgain path kpk

אgraph oft determinan Δ W

Δ} = 1 JFאאאEHFE JF

אEHKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKKK{ W

)26-1( cb fed

fedcba

a LLLLLL, ,,

..........1

W

aaL =אאא

cb

cb LL,

=

fed

fed LLL,,

k=אאאאא k

אאאאא

Page 53: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

52

12-1

אאאאאאאאאאאאאא Kא

אאא)(

)(

sR

sCK

Wא ١ JאW

3211 GGGP ٢ JאW

3213

2322

1211

GGGL

HGGL

HGGL

R(s) C(s) 1 1 G1 1 G2 G3

C(s)

-H2

-H1

-1

G1 G2 G3 C(sR(s)

H1

H2

Page 54: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

53

٣ JאאאאW

321232121

321

GGGHGGHGG1

)LL(L1Δ

٤ Jאאאאא1P1אאאW

1Δ1 אאאאאאאא

)(

)(

sR

sC

GGGHGGHGG1

GGG

R(s)

C(s)

)(

)(

321232121

321

11

P

GsR

sC

אא

13-1

אאאאאאאאK

R(s) C(s) G1 G5 G3G2 G4

G7

H2-

G6

H1-

Page 55: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

54

אאW ١ JאW

7213

54612

543211

GGGP

GGGGP

GGGGGP

٢ JWא

254324

25463

2722

141

HGGGGL

HGGGL

HGGL

HGL

٣ Jאאא1L2LW

214321 LL)LLL(L1Δ 2174225432254627214 GGGHG1Δ HHGGHGGGHGGGHG 123אאאאאאא1P2P

3PW אאאא1P2P

121 אאL1אאP3

143 1 HG

1

)(

)(

2174225432254627214

17421721546154321

332211

HHGGGHGGGGHGGGHGGHG

HGGGGGGGGGGGGGGGG

R(s)

C(s)

pPP

sR

sCG

Page 56: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

55

؟אאאאאא -١

אאאאאא -٢

٣- אאאאא

٤- אאאא؟אא א؟

אאאאאאאא -٥

٦- Wאאאא

u(t)2cos2sing(t) (d) u(t)2sin2g(t) )(

)u(t)2sin(g(t) (b) u(t)5g(t) )(

2

25

tttec

etttea

t

tt

٧- Wאאא

)55s)(5.1(

)1(2G(s) (f)

)1(

1G(s) )(

)2(

)1(2G(s) (d)

)1)(4s(

2)(s010G(s) )(

)3()1(

10G(s) (b)

)3)(2(s

1G(s) )(

2

2

3

22

2

sss

ss

se

Sss

s

ssc

ssssa

٨- אאאאKאא

R(s)

2H

1G 2G 3G C(s)

1H

Page 57: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

56

Y5 Y2 Y3

Y4 Y5 -H1 -H2

٩- אאאאאא

١٠- אאאאא

)(

)(

sR

sCK

٩ J אאאאKא

אא 2

5

Y

Y

(a)

1 G2 G1 G3

Y1

1

G1

H3

G3

C(s)

R(s) G2

H1

G4

H2

G5

G1

H5

G4 CR

G2

H3

G3

H2

H1

H4

Page 58: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

57

Y5

G3

Y2 Y3 Y4 Y5 -H1 -H2

-H3

Y5

G1 G3

Y2 Y3 Y4 Y5 -H1 -H3

-H2

Y5

G1 G3

Y2 Y3 Y4 Y5 -H1

-H3

-H2

G4

1 G2G1

Y1

1 (b)

-H4

G4

1 G2

Y1

1 (c)

G4

1 G2

Y1

1 (d)

Page 59: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

58

אאאאאאאאאא

Page 60: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

59

אאW

א EאF אאאKא

אאאW ١K אKא

٢K אאאא

٣K אKאאא

٤K אKאא

٥K אKאאא

٦K אKאא

٧K אאאאK

٨K אKאאא

Page 61: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

60

1.2

אאאאאאאError SignalKאאא

אאאאאאא

אאאאאאאKאאאאאא

אאאאאאKאאאא

אאאאאאאאאאאKא

אאאאW א JKאאאא ٢ JאאK ٣ JKאא ٤ JאאKא ٥ JאאאK

אאאאא

אאאאאאאKאאאאאאאא

אאKאאאKאאא

אאאאאאאאאא

Kאא

Page 62: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

61

2.2אאאMathematical Modeling

א א א א א א א אאאאא

אאאאאאאKאאאאא

א א אא אאאאאK

אאאאאאא א א א אא אא

Kא 1-2

אא אאRCאאאאKאאאאאא

אאאאW

)1-2( אאRC series circuit

אW WאאW

Wאא )1-2 ( )()()( tvtvte cr

אאאאW

R

C e(t)

Vr(t)

Vc(t)

i(t)

Page 63: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

62

)()( tRitvr אאאאK

dt

tdvCti c )(

)((

אאW

dt

tdvRCtv c

r

)()(

אא)١-٢( )2-2( )()(

)(tetv

dt

tdvRC c

c

אאאאאאאR. C. Series Circuit)EאאF1-2E

Kאא אאWW

אEאFא،אאאאאאאאאW

)()()(

teLtvdt

tdvRCL c

c

)()()0()(( sEsVvsSVRC cc

אאאאאW 0)0( cv

)()()(( sEsVsSVRC cc

)()(1 sEsVSRC c אאאאא

אאאאW

)3-2 (1

1

)(

)()(

SRCsE

sVsG c

Page 64: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

63

אWאאאא

אאאא،אאאאאאאKאאsאא 2-2

א א אא א RLC אאאאKאא

Wאאאאאאאאא

)(2-2אRLCא

א WאאW

אאאאW )4-2()()()()( tvtvtvte cLr

W )()( tRitvr

dt

tdiLtvL

)()(

dt

tdvCti c )(

)((

R

C e(t)

Vr(t)

Vc(t)

i(t)

L

VL(t)

+

Page 65: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

64

א4-2) (W

)()()()(

tetvdt

tdiL

dt

tdvRC c

c

)()()()(

2

2

tetvdt

tvdLC

dt

tdvRC c

cc

אא

)5-2( )()()()(

2

2

tetvdt

tdvRC

dt

tvdLC c

cc

אאאאאRLCאאF2-2EאאK

אאWW

אEאFא،אאאאאאאאאW

)()()()(

2

2

teLtvdt

tdvRC

dt

tvdLCL c

cc

)()()()(2 sEsVsRCSVsVLCS ccc

)()(]1[ 2 sEsVRCsLCs c

אאאאאאאאאאW

)6-2( 1

1

)(

)()(

2

RCsLCssE

sVsG c

אWאאאא

אאאא،אאאאאאאאאKs

Kאא

Page 66: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

65

3-2 אאאTypes of Industrial Controller

אאKאאאאאא

אאאאאאKאאא

אאאאW ١ Jאא Discontinuous controllers ٢ JאאProportional Controller (P-Controller) ٣ JאאIntegral Controller (I-Controller) ٤ JאאDifferential Controller (D-Controller) ٥ JאאאPI-Controller ٦ JאאאאPID-Controller אאאא

אאאאאאK

1.3.2אאDiscontinuous controllers

אאאאאאKאאא

Kאאאאאאאאאאא

אKאאאW 1.1.3.2אאTwo-position Controller

אאאאאא)3-2(K

Page 67: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

66

אFאאpEאא

אאאאאאא،אאאאאא

אא،אK

with Hysteresis Two-position Controllerאא2.1.3.2 אאאאא

EאFאאאאאאKאאא

אאאאHyesteresis Elementאא

אאאאEאF4-2(א(K

  אאא ( 3-2 )  

C

+

_

Max

Min

Max

Min

אאאא

א

א

p

B=C

E R

א

א א

Page 68: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

67

2.3.2אאContinuous Controllers אאא

KאאאאאאאWאאאP-ControllerאאI-

ControllerאאD-ControllerאאאPI-ControllerאאאאPID-Controller

1.2.3.2אא(P-Controller)

אאF5-2EאאאPKאKא

אא(4-2) א  

C

+

_

אאאא

א

א

p

B=C

E R

א

شكل (2-5) المخطط الصندوقي للحاكم التناسبي

Kp

א

א

P(s)E(s)

א

א

Page 69: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

68

אאאאPKאאKPK א

אאאאKאאPKאאאEאFאאאאKא

א W e(t)Kp(t) P

E(s)KP(s) P )6-2(Pc K

E(s)

P(s)sG )(

אF6-2אEאאאאKאאFaEא

אPKאaK

אאאאא

אאאאאאאאאאאאאאאאאאK

0

e(t )

א

t t

p(t )

א

a

aKp

0

אא (6-2)

Page 70: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

69

2.2.3.2אאI-Controller

אאאאF7-2EKאאאאאא

אFR=CEאאK

אאאאW

2)-(7 )(

1

)(0

s

K

E(s)

P(s)sG

E(s)s

KP(s)

dtteKp(t)

IC

I

t

I

אF8-2Eאאאאאאא aFא

e(t) = aEאא

א

Eאאא 7-2)

KI

S

אP(s)E(s)

א

א

Page 71: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

70

אF7-2EW

C a t Kp(t)

adtKp(t)

I

t

I

2)-(8 0

אאtאp(t)אא

F8-2אאאאEאאאאאאאאKאאא

אאאKאאאאאאאאאא

IKK אIKאreset rateאאאאCאRKאאאIK

א،אאאאאאאאאאאIKKא

אאאאאIK.

75אא

0

e(t)

א

t t

p(t)א

a

0

F٢J٢٠אאE . אא (8-2)

Page 72: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

71

3.2.3.2אאD-Controller

אאאא

F9-2KEאאFאrate controllerEאK

אאFאEאKאאאאאאא

אאאאאאאאFK9-2אאEאאאאUnit Step FunctionK

אאאאאFt = 0Eאא

אאאאFאאKEאFא EאאKאאאא

אאאאא

א

E(s)

א

אKDS

אאא

p(s)

א

אא (9-2)

0

e(t)

t 1 t

p(t) א

0

Page 73: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

72

אאאא

אאאKאא

4.2.3.2אאאPI-Controller אאאאא

אאPKאאאאF10-2Eאא

אאאPKאאאIKאאKאאאIK1TI

אאאFאSTI1KEאאאאIIP Tأو ,K ,Kאאא

אאאאאK

אאאאאאאW

)9-2Edte(t)Ke(t)Kp(t)t

IP 0

)E(s)s

K(K

E(s)s

KE(s)KP(s)

IP

IP

א

P(s)E(s)

א

K P

K I

SK I

SK I

S

+

+

)10-2(אאאא

Page 74: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

73

F10-2E

s

KK

E(s)

P(s))( I

P SGC

F11-2אEאKאאאאKאאא

אPKאKאאאאאאאK

אאאIK , PKF11-2EPKאאאאא

IKאאK

5.2.3.2אאאאPID-Controller אאאאאא

אאאאאא)-2 12(אKF11-2EWא

F11-2E e(t)dt

dKe(t)dtKe(t)Kp(t) D

t

IP 0

Fp(t)Eאא،e(t)אFאKE

75אאא

0

e(t )

א

t t

p(t )

א

1

0

KP

אאא (11-2)

Page 75: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

74

PKאאIKאאDKאאאאאאא

אא(11-2) אאאאW

F12-2E SKs

KK

E(S)

P(s)sG D

IPC )(

אאאIK, DK ,PKPKאאא א אאא

אא KIK א אDKאאFאK13-2אאEאא

אאא א א Kאאאאאאאא

אאאאאאאאKאא

א

א

P(s) E (s)

)١٢- ٢ (אאאא א

K PK P

K D S

+

+K I

SK I

SK I

S

+

א

Page 76: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

75

4.2אאSensors and Transducers

א א א אא א א אאאאא

א א א K א א א א א א א א א

א א א אאאKא

אאאאKאא א אא א א K

אאאאאאאאא

אאאKאאKא

0

e(t ) א

t1 t

p(t ) א

0

)13-2(אאאא

Page 77: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

76

אאאאאאאאאאW

١ JKאא ٢ JאKאאא ٣ Jאאאאא

Kא ٤ JאאאKאא

5.2אאFinal Control Elements אאאאאא

אאאאאאאKאא

FאEאאאאאאActuatorאא

אאאאאאאControl ValveאאאK

אאאאW ١ JאאאPneumatic Actuators

٢ Jאא Electrical Actuators ٣ JאאHydraulic Actuators

مكيف اإلشارهSignal

Conditioner حساس

Sensor المتغير المراد

قياسه إشارة الخرج

طاقه

Page 78: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

77

1.5.2אControl Valves

אאאאאאאאאא

אאאאאאאKאאאאאאאאא

אאאאאאאאאאKאאא

אאKאאאאאאאאא

אאאאאאאאאאאאאא

אאאאKEאFאאאאאאאאSensors אא PositionersאLimit SwitchesK

)14-2(אאא

دخول الھواء

إتجاه حركة العمود عند زيادة ضغط الھواء

اتجاه حركة العمود عند زيادة ضغط الھواء

الياي يتم تمدده إلتمام عملية الفتح

الياي يتم ضغطه إلتمام عملية الفتح

دخول الھواء

Page 79: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

78

)14-2 (אאאאאאאא

אאאאאKא

2.5.2אאElectric motors

אאאאאאאאאאK

אאאאאW אאDC Motors

Kאאאאאאאאאאאאא

אאאאאאאKאאאKאא

אאאאEאאאFאאא Series Motors אאShunt Motorsא

אאאSeparately excited MotorsאאאKאאאאאF15-2 (א

אאאWא

o אאאField control

KEאאאFאאאא o אאArmature Voltage Control

KאאEאאאFאא

Page 80: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

79

)15-2(

o אאAC Motors

אאאאאאInduction MotorsאאKאאאא

אאאאSynchronous MotorsאאאKאאאאKאא

o אStepper Motors

אאאאאאאאאK

אאאאאאאאאאIncremental MotionsKאא

אאאאאאאאאאאאאKא

אאאאאאאאאאאאאאאK

ملفات المجال العضو الدوار (المنتج)

الفيض المغناطيسي ØVt

VF

Eb

سرعة محرك ال N

جھد المنتج

جھد المجال

Page 81: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

80

אאאDrive

Circuitsא אאKא

אאאאאאKאאאאא

אKאאאKאאאאאא

אאאPhasesKאאאאTeethאKאאא

Kאאא

אאאאאאא

א٩٠אKאאאאא

KאאאאאKאאאאאאאא

)16-2( אאאא

العضو الدوار

العضو الثابت

N

N

N

N

N

S

SS

S

S

IA=max A

A'

B'

B

אאZ

אאא x אא

360º

Page 82: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

81

١ JאWאאאא E אK

E אאK

אEא.

Kאد ) EאאK

٢ JאW E Kאא

E Kאא

E Kאא

٣ JאאאK

א JאאאאK Jאאאאאאא

אK Jאאאאאא

א ٤ Jאאאאא

K א JאאאאאK

JאאאאאאאאK

JאאאאאאאKא

Page 83: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

82

אאאאאאאאאא

Page 84: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

83

אאW אאאאאא

Kאאא

אאאW

١K أن يحدد المتدربKאאא ٢K أن يحدد المتدربKאאאא ٣K أن يحدد المتدربKאא ٤K أن يحدد المتدربKאאאא ٥K أن يحدد المتدربKאא ٦K אKאאאאאאא

Page 85: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

84

אאאאאאאאאאאאא

Kאאאאאאאאאאאאא

Kאאאאאאאאאאא

אאאאאאאאKאאאאאאאאא

אאאKאאאאא

אאאאאאאאאאא

אאאKאאאאאאאאאאאאאאא

אאאאאKאאאאאאאאא

אא אאאאאאא

Kאאאאאאאאאאא

אאאאK

Page 86: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

85

1-3Wאאא

אאאאאאא: אאStep Function

אאאRamp FunctionK

אאEאFAcceleration FunctionK

אא Impulse Function

אאאSinusoidal Function K

Wאאאא ١EאאStep FunctionW

אEאFאאאREF)١-٣(،

Wאאאא )1-3( )()( tRutr

Rאאu(t)Wאא

)٢- ٣(

00

01)(

tfor

tfortu

)١- ٣(Kאא

אאWאא

)٣-٣(s

RsR )(

r(t)

t

R

Page 87: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

86

٢EאאאRamp FunctionW

،אאאאאאאאא)٢-٣(

אאאאאאWאא

)٤-٣(

00

0)(

tfor

tforRttr

F٢-٣KאאאE

אאWאאא

)٥-٣(2)(

s

RsR

٣EאאAcceleration FunctionK

אאאאא)٣-٣(אאא،

WאאאאKאאאא

)٦- ٣(

00

0)(

2

tfor

tforRttr

r(t)

t

Page 88: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

87

)٣- ٣(Kאא، אאWאא

)٧-٣(3

2)(

s

RsR

٤EWאא

אאאEאFאאאאאאאאאאאאא

Wאא )٨- ٣()sin()( tRtr

RאאZKא ωאאאZ(rad/s)K

Fא٤-٣אאאאETאאאK

F٤-٣،EאKאא

r(t)

t

R

T

r(t)

t

Page 89: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

88

Wאאאא

)٩-٣(22)(

s

sR

3-3אאאאStep Response W אאאאא

אאאאאאאאC(s) אR(s)אאא

Wא ١ J אKאא

٢ J אאאאאאאK

٣ J אאאאK

٤ J אאKא

אאאאאאאאאאאאאא

אKאאאאאאאאאאאאא

Kא 3-31-אSystem's Order אSאאאKא

אאאCharacteristic

equationKאאאאאאא 3-32-אאאאאKאStep Response

אאאאאאאWאאא

Page 90: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

89

١K אאאאאאK

c(t)Kאאאא

)١٠- ٣()()()(

tKrtcdt

tdc

W

τWאאK

KKאאאW

r(t)WKא

c(t)WFאKEאא

٢K אאא)١٠-٣(W

)()()0()( sKRsCcssC

Wאא )()0()()1( sKRcsCs

אאאאאא1sW

)١٠- ٣( )(11

)0()( sRs

K

scsC

٣K אאW

s

RsR )(

)١١-٣( )1(

1

1)0()(

ssKR

scsC

٤K Wאא

Wאאאא1

)0(s

Wאא

Page 91: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

90

)١٢-٣(

t

ecs

cLs

cL

)0(

1)0(

1)0( 11

אא)1(

1

ssKR

א

1)1(

1

s

B

s

A

ssKR

אABאW

KRsss

KRsB

KRsss

KRsA

1)1()1(

0)1(

אABW

1)1(

s

KR

s

KR

ss

KR

1

1

ssKR

Wא )١٣-٣()1(

)1(/1

teKR

ss

KRL

אאאאאRW

)١٤- ٣()1()0()( // tt eKRectc

אc(t)אאאאאK٥-٣( א(א

אאאאאאאc(0)=0K

Page 92: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

91

)٥- ٣(אאאאc(0)=0K

אא٢}٩٨٪4τ،

אאτאאאאK٢EF٪Kאא

1-2-3-3אאK

אאWאא ١ JאאτW

א א א א Kא א

dt

tdc )(c'(t)א אא ٢ JאאtsK אאאא٩٨W،א٪

C

c(ts)=0.98Css

2 t

ss = KR

c(τ)=0.63Css

3 4 0

c(t)

ts

Page 93: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

92

)١٥-٣(4st

٣ JאאאCss K W،אא

)١٦-٣(KRC

tcC

ss

tss

)(lim

٤ JאKK אאאאr(t)

Kאאא )١٧-٣(

R

CK ss

2-2-3-3 אאאאאK

אאאאאא)١٤-٣(W

١ J אאtransient response

٢ J אאאsteady state response

אאאW t)(C(t)CC(t) sstr

W t)(C trאZאFresponsetransient E t)(C ssאZאא)response statesteady E

אאאאאSteady-state Response

אאאאאאאאאאא

א

Page 94: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

93

)١٨-٣(KRCss

אאאאTransient Response אאאאאאא

)١٩-٣( tt

tr eKRectC

)0()(

1-3 אאאאאW

0)0(

)(20)(4)('2

c

trtctc

אאאאאK אK

١K אאאאאא4c(t)אWא

)(5)()('5.0 trtctc Wאאאא

Wא5.0א Wא5K

٢K ،אא1R=אאאא(c(0)=0)،W

t

t

etc

etc2

5.0

55)(

)1(5)(

٣K אW

Wאאא 5ssC Wאא t

tr etC 25)(

Page 95: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

94

3-3-3Wאאאא אאאאWאאא

١K אאאאאאא(t) c''K

)()()('2)(" 22 trKtytctc nnn

)٢٠- ٣()()()('2)(" 22 trKtctctc nn

W nאZאאא

KאZ αFאZn KE

= KKאאא

אאאאאK

٢K אא)٢٠-٣(W )()()(2)( 222 sRKsCsSCsCS nn

Wא )()()2( 222 sRKsCSS nn

אאא22 2 nss Wא )٢١-٣( )(

2)(

22

2

sRSS

ksC

n

n

٣K s

RsR )( אא)٢١- ٣(W

)٢٢-٣( )2(

)(22

2

n

n

SSS

RksC

אא22 2 nss ،אWאאאא

22

2,1 np

Page 96: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

95

אאאאp1p2

אאαnאW

1-3-3-3 אאאWאאFEOver Damping אα>ωnאאא

K

222,1 np

אאאאאאאאאאאRWאאא

)٢٣-٣(

tptp epp

pe

pp

pkRtc 21

21

1

21

21)(

2-3-3-3אאWאאF=KECritical Damping א=n=א

אאK

2,1pnp 2,1 אאאאא

אאאאאאRאאWאא

)٢٤-٣( tn

netKRtc )1(1)(

3-3-3-3אאWאאF<KEUnder Damping אα<ωn<אאא

א

dnn jjp 2221,

Page 97: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

96

dωWאאאאאא

222 1 nnd אאאאא

אאאאאאRאאWאא

)٢٥-٣(

te

KRt d

tn

c sin1

1)(2

W

٦-٣(א(אאאאאאאא،(Un-damped)א

W ١ J Wאאאאאאאא

٢ J WאאאאאאאKאאאאאא،א

٣ J WאאאאאאאאKאאאאאא

12

1 cos1

tan

Page 98: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

97

)٦-٣(אאאא

2-3

אאאאאאאא

אאאא

,0)0(')0(

)(2)(4)('4)("

cc

trtctct c

s - plane

XX

σ

1 0 t

c(t )

0

1

s - plane

X X

j ω

σ0

1 t

c(t )

0

1

s - plane

X

j ω

σ0

10 X

t

c(t )

0

1

s - plane

X

σ 0

X

t

c(t )

0

1

0

=1

> א

=0

00

01)(

t

ttr

Page 99: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

98

W E א

E א،אK E אK E אKא

Wא E אאאאא

אאאאאאאW

c(t)א2442 nnn Ec'(t)א=1 242

αnωF=1EאKא אR=1

EWאאאאא

5.04

222 2

2 KKKKn

n

WאאאE

tn

netKRtc )1(1)( אאאאK

tettc 2)21(15.0)( 3-3

אאאאאאאא

34.5 1000 1000 0 0, 0 0

אאאא

00

01)(

t

ttr

Page 100: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

99

W Eא

Eא،אK EאK EאKא

Wא Eאאאאא

אאאאאאWא

c(t)א 62.31100010002 nnn

Ec'(t)א 545.025.175.342

αnωF< 1 EאאK אR=1

WאאאאאE

11000

10002

2 KKKn

n

אאEWא

te

KRt d

tn

c sin1

1)(2

rad.21 = 1 0.546 26.5.

אאאאK )994.05.26sin(193.11)( 25.17 tet tc

.994.09.56)545.0(coscos 11 rado

Page 101: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

100

אאאW

t)(C(t)CC(t) sstr Wt)(C trאZאFresponsetransient E

t)(C ssאZאא)response statesteady E

אאאאא،אאאא

אאK

4-3-3-3אאW אאאאא

אאאאKאאאאאאאא

KאאאאאאאאKא

אאאאאאאאאאKאא

١K א tdW

אא٥٠אא٪Kא ٢K א trW

אאא١٠٪א٩٠א٪K

)٢٦-٣(d

rt

1cos ٣K Cp W

אK

Page 102: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

101

٤K אtpW

אאאא،Wא

)٢٧-٣( ٥K אאtsW

Fאאאא٢٪٥E٪ ٦K MpW

)٢٨-٣( cpcssאאK

M p

c( t)

0

1.0 0.9

0.1

0.5 td

tr t p

t s

±0.05o

±0.02

)٨ - ٣(אאאא

21/ eccM ssp p

2n

22n 1

p t

Page 103: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

102

٧K אאאאאאW

)٢٩-٣(

٨K אאSettling time

)٢٩- ٣( 4t s

4-3 אא6.0אrad/sec 5n אא

אאאW JאFrtE

JאFptE JאאFstE JFpME

Wא אאאאאאאW

rad 93.0180

13.53

13.53)6.0(cos)(cos

rad/sec 46.015111

22

nd

J אrise time sec 55.0

4

0.93-3.14 t r

d

J אpeak time

sec 785.04

3.14 t p

d

2n

22 n 1 d

Page 104: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

103

J אאsettling time

sec 33.13

44t s

Jmaximum overshoot

0.09514.3)

4

3()(

eeM dp

Wאא

%5.9100095.0 pM

Page 105: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

104

١K Wאאאא

W

E אאK E אK E אאK E אאאא

٢K אאWאאאא

W

E אאK E אK E אא

E Kאאאא

٣K Wאאאא

00

05)(

0)0(')0(

)(16)()('4)(''

t

ttr

cc

trtctctc

W E אא،אK

00

010)(

0)0(

)()()('10

t

tt r

c

trtctc

00

05) (

0)0 (

)(10)(10)( '

t

tt r

trtct c

c

Page 106: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

105

E אK E אKא E אאאא

٤K Wאאאאא

W

E אא،אK E אK E אKא

٥K Wאאאא

00

05)(

0)0(')0(

)(16)(8)('4)(''

t

ttc

cc

trtctctc

W E אא،אK E Kא

E אKא E אאK

٦ Jאאא8.0אrad/sec 6n

אאאW JאFrtE

JאFptE

00

01) (

,0)0(')0 (

)(10)()('2)( "

t

tt r

cc

trtctct c

Page 107: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

106

JאאFstE JFpMEW

٧ Jאא

00

01)(

,0)0(')0(

)(2)(2)('3)("

t

ttr

cc

trtctctc

K אאא

K א

K אאא

K אא

٩ Jאא

00

04)(

,0)0(')0(

)(20)(2)('4)("2

t

ttr

cc

trtctctc

אאא

א

אאK

אא

Page 108: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

107

אאאאאאאאאאאאאא

Page 109: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

108

אאW Kאאאאא

אאWא ١K אאאאK

٢K אאאאאאאK

٣K אא

٤K אאאא

٥K אאאא

٦K אאאא

٧K אאאאא

٨K אאאאאא

Page 110: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

109

1-4אאאClosed-loop Control

אאאאאאאאאאאא

אאאאאKאאאאאאא

אאFeedback Control SystemsK

F1-4אאאEblock diagramא،אאאאאא

א)E(אאcontrollerאאאאאאאאplant

אאאאKאאFאEא

אאאאKאאאאאאאאKא

אאoperational amplifierאאאK

F1-4KאE

الحاא א א

אא

األمر الخرج

R(s) E(s) C(s)

Page 111: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

110

אאאא

FEאאאאאאאאplant K

אאאאאאאאאאאאאאאאאאא

אאאאאKאאאאאאאא

אKאא

2-4אאאאאאא אאאאאא

אאאאאאאאאאKאאא

Wאאאא אאK

Kאא

אK

אאאאאKאאאא

אאאאאאאK

אאKא

Page 112: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

111

3-4אאאא

אאאאאKאאא

אאאאאאאאאא

אאאאKאאאאאא

אאאאאאאאאאאאKא אאאא

אאאאאאKאאאאאאאאא

אאאאאאאאאאאאאא

אKאאאאאKאא

4-4אאא

אאאאאאKאאאא

KאאEאFאאאאאr(t)b(t)r(t)אאb(t)

אאאאc(t) K

Page 113: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

112

W = Gp(s) אאאאא

Gc(s) =אא אאאFH(s)=1EאאW

F1-4E)()()( tctrte אאsאאאא

F2-4E )()())( sCsRsE

אאאאGc(s)Gp(s)

C(s)=Gc(s)Gp(s).E(s)

G(s)Fא2-4E

)()()()())( sEsGsGsRsE pc

(3-4))())()(1)(( sRsGsGsE pc

אWאא

F2-4א(א

C(s) R(s) E(s) Gp(s)

r(t) c(t)

Gc(s) P(s)

p(t) e(t)

Page 114: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

113

F4-4E )()()(1

1)( sR

sGsGsE

pc

5-4 אאא

אאאאאאאאאאאא

אR0 Wאאאאא p(t)=Kpe(t)

אא P(s)= KpE(s)

Wאאא F5-4E pc K(s)G

אא

00

0)( 0

t

tRtr

אא

s

RsR 0)(

אאאאאWאא

1

1)(

ssG p

Gc(s)Gp(s)R(s)אF(3-4

אWאא F6-4E

s

R

sK

sE

p

0

1

11

1)(

א6-4א

F7-4E

)1(

1)( 0

pKss

sRsE

Page 115: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

114

אאאאאא

F8- 4E ppss

ss K

R

Kss

ssRssEe

1)1(

1lim)(lim 0

000

אF8-4אאאEא،אאאא،

אאאKpKאאKאא

3-4)(אאאאאאאאאMatlab Simulink

Wאא1

1)(

ssG p

אאאא1)( tr אאW

10,5,2 ppp KKK

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0

1

KP=10

KP=5

KP=2

א

א

F3-4אKאאאE

Page 116: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

115

6-4אאא

אאאאאאאאאאאא

אR0 אאאWאא

deKtpt

I 0

)()(

Wאאא F9-4E

s

KsG I

c )( אא

00

0)( 0

t

tRtr

אא

s

RsR 0)(

אאאאאWאא

1

1)(

ssG p

Gc(s)Gp(s)R(s)אF4-4E

אWאא

F10-4E

s

R

ss

KsE

I

0

1

11

1)(

אא13-4

)11-4( )()(

)1()( 0

2 s

R

Kss

sssE

I

אאאאאW

Page 117: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

116

F12-4E 0)(

)1(lim)(lim 2

0

00

Issss Kss

ss

s

RsssEe

אF12-4Eאאאאאאאאאאא،אא

אאKאא א)4-4(אאאאא

אאאMatlab

Simulink אאW

1

1)(

ssG p

אאאאr(t)=1

אא

23.02.01.0 III KKIKK

0 5 10 15 200

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

KI=0.3 KI=0.1

KI=2

KI=0.2

א

א

F4-4אאאאE

Page 118: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

117

7-4אאאא

אאאאאאאאאאאאא

אR0 אאאאWאא

deKteKtpt

Ip 0

)()()(

Wאאאא

F13-4E S

KSKsG Ip

c

)(

אאאR0

00

0)( 0

t

tRtr

אא

s

RsR 0)(

אאאאאאאאאWאא

1

1)(

ssG p

Gc(s)Gp(s)R(s)א7-4

אWאא

F14-4E

s

R

ss

KsKsE

Ip

0

1

11

1)(

אא(14-4)

F15-4E

s

R

KKss

sssE

Ip

02 ))1(

)1()(

אאאאאאא

W

Page 119: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

118

F16-4E 0))1((

)1(lim)(lim 2

0

00

Ipssss KKss

ss

s

RsssEe

אF16-4Eאאאא،אאאאאאאא

Kאא 5-4(א( א א אאא א

אאאMatlab Simulink אאW

1

1)(

ssG p

אאאא1)( tr אWאאאא 2,1 pI KK

1,1 pI KK

1,2 pI KK

K

0 1 2 3 4 5 6 7 80

1

2,1 pI KK

1,2 pI KK

1,1 pI KK

אF5-4Eאאאאא

א

Page 120: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

119

8-4אאאאא

אאאאאאאאאאאאאא

אR0W

dt

tdeKdeKteKtp D

t

Ip)(

)()()(0

F17-4E s

KsKsKsG

IpDc

2

)( אR0،

00

0)( 0

t

tRtr

אא

s

RsR 0)(

אאאא،אאאאאאWא

1

1)(

ssG p

Gc(s)Gp(s)R(s)א7-4

אWאא F18-4E

s

R

ss

KsKsKsE

IpD

02

1

11

1)(

אאF(18-4

F19-4E

s

R

KsKsK

sssE

IpD

02 ))1()(

)1()(

אאא

F20-4E 0)1()(

)1(lim)(lim 2

0

00

IpDssss KsKsK

ss

s

RsssEe

Page 121: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

120

אF20-4Eאאאא

א،אאאאאאאKאאא

6-4(א(אאאאאאאאאא

Matlab Simulink

אאW1

1)(

ssG p

אאאא1)( tr אאאאא

אאW Wא2,1,1א DpI KKK Wא1,1,1א DpI KKK

Wא2.0,1,2א DpI KKK

0 5 10 150

1

2,1,1 DpI KKK

2,1,1 DpI KKK

2.0,1,2 DpI KKK

א F6-4אאאאאE

א

Page 122: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

121

א)7-4(Simulink Matlabאא

אאאאאאאא

simout

To Workspace

s

1

Kd

Kp

Ki 1

s+1

G(s)

du/dt

1

Constant

F(7-4SimulimkPID

Page 123: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

122

١ Jאא

W Eאאא Eא

Eאאא

٢ Jא

W E אאא

Eאאא

٣ Jאאא

٤ Jאאא

C(s)R(s) E(s)

B(s)

1

1

sr(t)

c(t)e(t)

4

2

s

C(s)R(s) E(s)

B(s)

2

10

s

r(t)

b(t)

c(t) e(t)

Page 124: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

123

٥ JאK אאאאKאאאא

٦ JWאאאא

Eאא

Eאאא Eא Eאאאess

٧ JאאאWא

Eאא

E אאא Eא

Sum1

s

1

Kp

Ki

1

s+2

G(s)

1

Constant

C(s)

4

2

s

C(s)R(s) E(s)

B(s)

2s

K

r(t)

b(t)

c(t) e(t)

Page 125: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

124

Eאאאess

s

1

Kd

Kp

Ki 1

s+1

G(s)

du/dt

1

Constant C(s)

Page 126: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

125

Page 127: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

126

AC Motor

Actuator

Analog

א Armature

א Automation

Block Diagram

Bode Diagram

Cascade

אא Characteristic Equation

Characteristics

Chart Recorder

Closed Loop

Compensator

Control system

Control Valve

אאאא Controlled Variable

Controller

Critical Damping

א Cutoff Frequency

Damping

DC Motor

א Delay Time

Derivative

Derivative Controller

Design

Digital

אא Disturbance

Page 128: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

127

، Dynamic

Error

Feedback

Feedback Path

אא Final Control Element

Flow Meter

Flow rate

Forward Path

א Frequency Response

Gain

א Gain CrossoverFrequency

א Gain Margin

Hydraulic

Input

Integral

Integral Controller

Lag Compensator

Laplace Transform

Lead Compensator

Level

Magnitude

Manual Control

Matrix

Motor

Open Loop

א Oscilloscope

Output

א Over Damping

Page 129: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

128

Overshoot

א Parallel

א Peak Time

א Performance

אא Permanent Response

א Phase Crossover Frequency

א Phase Margin

אא Phase Shift

،א Pneumatic

א polynomial

א Potentiometer

Process

אא Programmable Logic Control

Proportional

Proportional Controller

Reference Input

א Resonance Frequency

א Response

א Response Curve

א Rise Time

Root

Sensor

א Series

א،א Set Point

אא Settling Time

א Signal Conditioning

א Signal Conversion

Simulation

Page 130: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

129

א

Specification

אא Stability

אא Stability Criteria

א Step Input

א Stepper Motor

Summing Junction

System

،א Tachometer

Take off Point

אא Time Constant

א Time Domain Response

Transducer

א Transfer Function

א Transient response

א Two Position Control

Underdamping

א Unit step

Unity Feedback

Page 131: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

130

אא

אא א Modern Control System, Edison Wesley,

1990 R. C. Dorf

Control System Design, Saunders College

Publishing, 1993. C. T. Chen

Feedback Control System, Prentice Hall,

1990. John Van De Vegta

Automatic Control Systems, Prentice Hall B. Kuo Process Control Instrumentation Technology,

Prentice Hall, 2002 Johnson, C. D

Introduction to Control Systems Technology,

Prentice Hall, 2002 Bateson, R. N.

Modern control Engineering, Prentice Hall,

1997 Ogata, K.

Modern Control Systems, Addison Wesley,

1998 Dorf, R. C. and Bishop, R. H.

Introduction to control system technology;7th

edition1993 Robert N. Bateson

א،א، אא

،אאא١٩٩١א

Page 132: تقنية التحكم الآلي  نظري

EFאא

אאאא

131

אא א אאאא Jאא

אK–א–א

אא–١ Jא

א Jאאאא– J١٩٨٧ אאאK