شبیه سازی دینامیکی یک راکتور CSTR
پیشگفتار :
مهمترین انگیزه تهیه و ارائه این پروژه در سیستم های کنترل خودکار ویا هر سیستم کنترلی دیگر این است که جایگاه واقعی آموزش و استفاده از کامپیوتر در زمینه سیستم های کنترل پیدا شود و در واقع کاربرد نرم افزار MATLAB را در مهندسی شیمی بیان کند .سیستم های کنترل به شدت با کامپیوتر سروکار دارند , نه تنها برای تجزیه و تحلیل و طراحی , بلکه علاوه بر آن نیز به عنوان کنترل کننده به کار میرود .

در سال های اخیر ,سیستم های کنترل اهمیت فزآینده ای در توسعه و پیشرفت تکنولوژی جدید یافته اند عملا” هر یک از جنبه های فعالیت های روزمره ما تحت تاثیرنوعی سیستم کنترل قرار میگیرد .

سیستم کنترل در تمام بخش های صنعت نظیر کنترل کیفیت محصولات ,خط مونتاژخودکار, کنترل ماشین ابزار و …. .به فراوانی یافت می شود کامپیوتر هم به عنوان یک رکن اصلی در طراحی , مدل سازی و کنترل, بخش عظیمی از صنعت را تحت شعاع خود قرار میدهد .

کلیدی ترین موضوع در مبحث سیستم های کنترل توسط کامپیوتر افزایش توانمندی کسب و کارها در استفاده از آن در جهت افزایش تولید محصولات و همچنین افزایش قابلیت های صنعتی می باشد بنابراین انجام فعالیت های توسعه ای جهت شناخت چگونگی به کار گیری آن امری مهم و ضروری است.

چکيده
شبيه سازي ديناميکي و طراحي سيستم کنترل براي يک رآکتور CSTR
سيستم هاي کنترل پسخور (feed back) در صنعت از اهميت زيادي برخوردار مي باشند و اين مطلب به دليل سادگي و پاسخ قابل قبول اين گونه سيستم هاي کنترلي مي باشد به گونه اي که با وجود ارائه استراتژي هاي پيچيده تر و کارا تر کنترل هنوز اين روش اهميت خود را دارا مي باشد.

روش هاي متعددي براي طراحي حلقه هاي کنترل پسخور ارائه شده اند، که هرکدام از اين روش ها با توجه به شرايط کاري و خصوصيات سيستم کنترلي مي توانند کنترل فرايندهاي شيميايي را به نحو مطلوبي بر عهده گيرند. در اين پروژه يک سيستم فرايندي به منظور طراحي بهينه پارامترهاي کنترل مورد بررسي فرار گرفته است.

سيستم متشکل از يک راکتور ژاکت دار است که کنترل دما و غلظت محصول خروجي از آن مد نظر مي باشد. متغير هايي که براي کنترل انتخاب شده اند ميزان دبي خوراک ورودي و دماي سيال ورودي به ژاکت رآکتور مي باشند. اين فرايند با استفاده از ابزار Simulink نرم افزار مطلب به صورت غير خطي (بدون استفاده از مفهوم تابع تبديل و متغير هاي انحرافي) شبيه سازي شده است. در بخش اول ابتدا پاسخ مدار باز تغييرات خروجي هاي فرايند

( دماي رآکتور و غلضت خروجي)، در ازاي تغييرات ورودي و همچنين تغييراتي که بعنوان اغتشاشات سيستم در نظر گرفته مي شوند مورد بررسي قرار گرفته است. در بخش دوم با استفاده از تغييرات مدار باز بدست آمده، دو روش تنظيم پارامتر هاي کنترل که عبارتند از روش زيگلر نيکولز(Z-N) و IMC)) با يکديگر مقايسه شده و پاسخ هاي مدار بسته حاصل از اين روش ها مورد بررسي قرار گرفته است.

واژه هاي کليدي :
سيستم کنترل خطي و غيرخطي، کنترل فيدبک، ابزار اندازه¬گيري، کنترل¬کننده PID، مدلسازي، شبيه¬سازي، رآکتور

مقدمه
بهره برداري مطلوب از واحدهاي صنعتي از نظر فني و اقتصادي بدون استفاده از سيستم هاي کنترل اتوماتيک تقريباً عملي غيرممکن مي¬باشد و ازطرفي عدم توجه به مسائل ناشي از تنظيم نادرست کنترل¬کننده¬ها ضررهاي جبران ناپذيري را وارد مي آورد. کنترل دقيق فرآيندهاي صنعتي براي بهبود راندمان و افزايش طول عمر مستلزم دو مسئله عمده زير مي باشد:
الف)طراحي سيستم کنترل مناسب براي فرآيند مربوطه
ب)تنظيم سيستم کنترل مناسب براي فرآيند مربوطه

تنظيم بهينه کنترل¬کننده¬ها در بهبود عملکرد و بهره¬برداري مطمئن و اقتصادي¬تر سيستم هاي صنعتي نقشي اساسي بازي مي کند. مرور زمان و تغيير پارامترهاي سيستم، کنترل کننده ها را از تنظيم بهينه خارج مي¬کند. تنظيم مجدد اين کنترل کننده ها هر از چند گاهي لازم مي¬باشد. اغلب مشاهده مي شود که از همان ابتداي تحويل سيستم به علت وقت¬گير بودن، پيمانکاران علاقه اي به تنظيم بهينه از خود نشان نمي¬دهند. لذا تنظيم بهينه کنترل کننده ها در سيستم هاي صنعتي از اهميت بالائي برخوردارمي باشد.

کنترل کننده خودکار با مقايسه مقدار واقعي خروجي پروسه با مقدار مطلوب اختلاف آنها را تعيين و سيگنال کنترلي توليد مي کند که خطا را تا صفر يا مقدار کوچکي کاهش مي دهد. توليد سيگنال کنترل به وسيله کنترل کننده خودکار را عمل کنترل مي نامند. در کنترل¬کننده-ها، سيگنالها معمولاً استاندارد هستند در مورد سيگنالهاي الکتريکي، دو نوع استاندارد متداول است.

الف)جريان: دو محدوده استاندارد جريان الکتريکي متدوال است. يکي محدوده MA 20 – 0 و ديگري MA 20 – 4 که استاندارد اين نوع بيشتر مورد استفاده قرار مي گيرد.
ب)ولتاژ: دو محدوده استاندارد ولتاژ متدوال است. يکي v 10 – 0 و ديگري v 24 – ۰

کنترل کننده ها بطور کلي شامل اجزاء زير هستند:
۱-اجزاء اصلي: شامل يک تقويت کننده با بهره زياد که در مسير پيشرو قرار دارد.
۲-اجزاء RC: مدار RC معمولاً در فيدبک قرار مي گيرد.

انواع کنترل¬کننده¬هايي که بطور وسيع مورد استفاده قرار مي¬گيرند عبارتند از تناسبي (P)، تناسبي-انتگرال¬گير (PI)، تناسبي-مشتق¬گير (PD)، تناسبي-انتگرال¬گير-مشتق¬گير (PID).

مقدمه¬اي بر کنترل
کنترل يکي از شاخه هاي علوم مهندسي و علمي است که در مورد چگونگي تسلط بر پديده ها و هدايت رفتار آنها صحبت مي کند. شايد تولد اين علم به زمان انسانهاي نخستين بازگردد. از آن روز تاکنون علم کنترل پيشرفت هاي زيادي نموده است.

در صنعت با فرآيندهاي صنعتي که بسيار متنوع و متفاوت مي باشد براي کنترل آنها اصول و اجزاي کمابيش مشابهي وجود دارد. همانطورکه مي دانيم طراحي کليه واحد هاي شيميايي در حالت پايا (steady state) انجام مي شود. وجود اغتشاشات در شرايط عملياتي همواره شرايط پايا را بر هم مي زند. لذا به منظور نگهداشتن فرآيند در مسير مطلوب استفاده از سيستم کنترل اجتناب ناپذير مي باشد.

اصطلاحات موجود در کنترل
علم کنترل
کنترل علمي است که در مورد چگونگي تحت اختيار درآوردن و هدايت رفتارهاي پروسه ها صحبت مي کند.
پروسه يا فرآيند (process)
فرآيند پديده¬اي است که مايل به تحت اختيار در آوردن آن هستيم.
سيستم
سيستم مجموعه اي از اجزائي است که با همکاري يکديگر هدف معيني را دنبال مي کنند.
ورودي
فرماني که براي هدايت فرآيند به آن اعمال مي شود را ورودي فرِآيند گوئيم. بديهي است که يک فرآيند ممکن است داراي چندين ورودي باشد. ورودي را گاهي مقدار مطلوب نيز مي گويند.

خروجي
رفتار يا رفتارهايي که مورد توجه ما هستند و مايل به تحت اختيار درآوردن آنها هستيم را خروجي فرآيند گوئيم.
اغتشاش
سيگناليست که بر مقدار خروجي سيستم اثر نامطلوب دارد. اغتشاش اگر در درون سيستم ايجاد شود اغتشاش دروني ناميده مي شود در حاليکه اغتشاش بروني، در خارج از سيستم به وجود مي آيد و خود يک ورودي است. اگر اغتشاش قابل پيش بيني باشد مي توان در مدار وسائل جبران کننده وارد نمود و در صورتيکه اغتشاش غيرقابل پيش بيني باشد لزومي به اندازه گيري آن نخواهد بود.
سرومکانيزم
سرومکانيزم يک سيستم کنترل فيدبک داري است که خروجي آن وضعيت، سرعت شتاب است. سرومکانيزم¬ها در صنعت کاربرد گسترده¬اي دارند.
مقدار مطلوب يا مقرر خروجي کنترل شوندهSet point هدف از کنترل فرآيند نگهداشتن و يا رساندن خروجي¬هاي فرآيند به مقدار مقرر مي¬باشد. مقدار مقرر مي تواند در طول فرآيند ثابت و يا متغير باشد.
Controller variable or process variable
متغييري كه مي خواهيم كنترل نماييم( كنترل شونده )
متغير کنترل¬کننده (در اغلب موارد باز بودن شير) Manipulated Variable متغيري است که با استفاده از تغيير دادن آن مي توان خروجي را روي مقدار مقرر تنظيم کرد.

Signals:
1- Analog signal (پيوسته) pneumatic (3-15 psig)
2- Digital signal (گسسته) electrical (4-20 ma)

Transduser
براي تبديل سيگنال¬ها به يکديگر نياز به convertor داريم.
سيگنال الکتريکي را به نيوماتيک تبديل مي کند.

۱) I / D convertor
به فشار هواي ۳-۱۵ psig تبديل مي کند.
سيگنال آنالوگ را به ديجيتال تبديل مي¬کند. ۲) A / D
مثلاً ۴-۲۰ ma را به سيگنال ۰ و ۱ کامپيوتر تبديل مي¬کند.
برعکس بالا ۳) D / A
نمودار فرآيند (process flow diagram)PFD
(process and instrumeation diagram) P & ID

نمودار فرآيندي همراه با ابزار دقيق

تقسيم بندي سيستم هاي کنترل
کنترل مي تواند به دو شيوه دستي(manual) و خودکار (Automatic) انجام گيرد. صرفه اقتصادي، دقت و سرعت سيستم هاي کنترل اتوماتيک باعث شده است که اين سيستمها رفته رفته جايگزين روش هاي منسوخ کنترل دستي گردند به گونه اي که امروزه استفاده از روش دستي حتي در ساده ترين واحد هاي فرآيندي غير قابل تصور مي باشد.

در روش دستي که آن را با نام مدار باز نيز مي شناسيم اپراتور (که در اينجا نيروي انساني مي باشد) به محض مشاهده انحراف فرآيند از مقدار مطلوب که با استفاده از طراحي تعيين گشته است، اقدام به تغيير ورودي هاي تاثير گذار مي کند و اين ,کار را تا رساندن خروجي به مقدار مطلوب ادامه مي دهد. در اين روش چگونگي تغييرات ورودي و ميزان آنها به شيوه تجربي و آزمون و خطا تعيين مي شود لذا نيازي به دانستن مدل فرآيند، اغتشاشات تاثير گذار و ساير موارد وچود ندارد. همانطور که گفته شد عدم دقت و کندي اين روش استفاده از آن را غير قابل توجيه مي سازد.

سيستم هاي کنترل به طور کلي دو نوع عمده حلقه- باز و حلقه- بسته تقسيم مي شوند. عامل اساسي تفاوت بين اين دو گروه از سيستم هاي کنترل ناشي از کاربرد فيدبک در سيستم هاي حلقه- بسته است.

سيستم هاي کنترل حلقه-باز
در اين سيستم ها خروجي بر عمل کنترل تأثيري ندارد يعني در سيستم کنترل حلقه- باز خروجي با ورودي مقايسه نمي شود لذا خروجي نه اندازه گيري و نه فيدبک مي گردد. در اين نوع سيستم کنترل براي هر ورودي مبنا شرط عملي خاصي وجود دارد. سيستم هاي کنترل حلقه-باز فقط در صورتي کاربرد دارند که رابطه ميان ورودي و خروجي آنها معلوم و هيچ گونه اغتشاش دروني يا بروني نداشته باشند. سيستم هاي حلقه- باز به طور کلي داراي خصوصيات زير هستند:
۱-دقت متوسط يا کم
۲-حساسيت زياد نسبت به شرايط محيط
۳-پاسخ کند
۴-سادگي دستگاه
۵-اقتصادي بودن
سيستم هاي کنترل حلقه-بسته

سيستم کنترل حلقه- بسته سيستمي است که در آن سيگنال خروجي بر عمل کنترل اثر مستقيم دارد. اصطلاح حلقه- بسته بر استفاده از عمل فيدبک براي کاهش خطاي سيستم دلالت دارد. سيگنال خطاي کارانداز که در سيستم کنترل حلقه- بسته مي باشد تفاضل بين سيگنال ورودي و سيگنال فيدبک را مشخص مي کند که خروجي سيستم را به مقدار مطلوب برساند.
مقايسه سيستم هاي کنترل حلقه- باز و حلقه- بسته

يکي از محاسن سيستم هاي کنترل حلقه- بسته اين است که پاسخ سيستم به علت استفاده از فيدبک در مقابل اغتشاشات بروني و تغييرات دروني پارامترهاي سيستم نسبتاً غيرحساس است. در صورتيکه چنين کاري در مورد سيستم هاي کنترل حلقه-باز ممکن نيست. از ديدگاه پايداري ساخت سيستم هاي کنترل حلقه- باز آسانتر است. زيرا در اين سيستم ها پايداري مسئله اصلي است و ممکن است به اصطلاح بيش از حد خطا و در نتيجه ايجاد نوساناتي ناخواسته يا افزايش دامنه خروجي منجر شود.

مزاياي سيستم حلقه-بسته در مقابل سيستم حلقه-باز
۱-دقت بسيار زياد
۲-پاسخ سريع
۳-استقلال نسبي از شرايط محيط
اصول طراحي سيستم هاي کنترل
الف)روش عمومي طراحي

هر سيستم کنترلي بايد پايدار باشد و اين شرط اساسي است يعني پاسخ بايد بطور معقولي سريع و ميرا باشد. سيستم کنترل بايد بتواند خطاها را تا صفر يا مقادير نسبتاً کمي کاهش دهد.
ب)روش اصلي طراحي سيستم هاي کنترل

روش اصلي طراحي هر سيستم کنترل الزاماً مبتني بر روشهاي آزمون و خطاست. آنچه در عمل با آن مواجه مي شويم آن است که دستگاه مشخص موجود است و مهندس کنترل بايد بقيه سيستم را به گونه اي طراحي کند تا کل سيستم بتواند مشخصات مفروضي را برآورده سازد.
روش هاي کنترل (خطي و غيرخطي)
سيستم‌هاي كنترل خطي و غير خطي

اين طبقه‌بندي براساس روش‌هاي تجزيه و تحليل و طراحي استوار است، اگر بخواهيم دقيق صحبت كنيم اصولاً سيستم خطي وجود ندارد، چرا كه تمام سيستم‌هاي واقعي تا حدودي غيرخطي‌اند سيستم‌هاي كنترل فيدبك‌ دارخطي، مدل‌هايي آرمانی هستند كه به وسيلة تحليلگر منحصراً به منظور سهولت تحليل و طراحي ساخته مي‌شوند اگر در يك سيستم كنترل اندازه سيگنال‌ها محدود به مرزهايي شوند كه در آن اجزاي سيستم،

مشخصه‌هاي خطي از خود بروز مي‌دهند. سيستم اساساً خطي است ولي وقتي كه اندازة سيگنال‌ها از محدوده كار خطي خارج مي‌شود، بسته به شدت غير خطي بودن ممكن است ديگر نتوان سيستم را خطي فرض كرد.

روش کنترل خطي
از معادله رياضي مدل فرآيند تبديل لاپلاس مي گيريم و توابع وابسته را به دست مي آوريم و ريشه هاي مخرج را مورد توجه قرار مي¬دهيم و تعيين پايداري مي کنيم.
تئوري کنترل خطي
يک سيستم پايدار است اگر به ازاي جميع ورودي هاي محدود، خروجي سيستم محدود باقي بماند. ورودي هاي cos, sin, impuls, puls ورودي هاي محدود هستند و جهت چک کردن پايداري فرآيند مناسب است. چنانچه به ازاي يک ورودي، محدوده ناپايدار باشد، ناپايدار است.

تبديل لاپلاس
جهت حل معادلات ديفرانسيل پاره اي مثل زمان استفاده مي¬شود. تابع تبديل لاپلاس در بازه صفر تا بينهايت تعريف مي شود.
تابع F(s) را تبديل لاپلاس تابع f(t) مي گوئيم.
از تابع هاي unit impuls, puls معمولاً در آناليز سيستم هاي کنترل استفاده مي شود.

سيستم كنترل پيش خور
گاهي اوقات اين تاخير خيلي تاثيرگذار نيست ولي در بعضي مواقع بسيار مهم مي باشد براي اين سيستم ها به سراغ كنترل پيشخور feed forward مي¬رويم. در اين نوع كنترل بايستي نوع اغتشاش و مدل دقيق فرآيند شناخته شود. در اين روش پيش از ايجاد اغتشاش سيستم اقدام به نابودي آن ميکند. در نتيجه خروجي ها تقريبا ثابت مي مانند.

معايب اين روش عبارت است از :
۱) نياز به سنسورهاي اندازه گيري به تعداد اغتشاش هاي موجود است.
۲) از نظر اقتصادي به صرفه نيست
۳) طراحي اين سيستم ها مشکل مي باشد ( نياز به مدل دقيق فرآيند است )
و مزاياي آن:
چنانچه سيستم به صورت مدار باز پايدار باشد استفاده از اين حلقه آن را ناپايدار نمي كند .
در صنعت اغلب از كنترل feed back استفاده مي¬شود ولي در بعضي مواقع چندين اغتشاش را از طريق سيستم feed forward و برخي از طريق feed back كنترل مي¬گردند که به اين روش، روش ترکيبي مي¬گويند. در ادامه برخي اصطلاحات رايج در کنترل آورده شده است.

سيستم کنترل پس خور
در اين روش از طريق اندازه گيري خروجي و مقايسه آن با يک مقدار مقرر اقدام به تغيير در ورودي فرآيند مي شود.
مزيت استفاده از سيستم كنترل پس خورعبارتند از:
۱)سادگي طراحي و عدم نياز به آگاهي از نوع فرآيند (نقطه رسيدن به خروجي به مقدار مقرر كافي است.)
۲)پايين بودن هزينه سرمايه گذاري.

و معايب اين روش:
۱)احتمال ناپايداري وجود دارد ( هنگاميكه تغيير محدود درورودي منجر به تغيير پايدار خروجي نگردد.) هنگامي كه پارامتر هاي كنترل به خوبي تعريف نگردند باعث مي گردد حلقه اي كه به صورت ديناميكي پایدار است ناپايدار گردد.

۲)هنگاميكه اغتشاش در فرآيند پخش شد سپس نسبت به تغيير ورودي تصميم گرفته مي شود که اين نامطلوب است .
سيستم‌هاي كنترل فيدبك دار را مي‌توان، بسته به نوع هدف مورد نظر به طرق مختلفي طبقه‌بندي كرد مثلاً بر حسب روش تحليل و طراحي، سيستم‌هاي كنترل بر خطي و غير خطي و تغيير پذير با زمان و تغيير ناپذير با زمان تقسيم مي‌شوند.
بر حسب انواع سيگنال‌هايي كه در سيستم يافت مي‌شوند غالباً از سيستم‌هاي داده پيوسته و داده گسسته يا سيستم‌هاي مدوله شده و مدوله نشده، نام برده مي‌شود. به همين ترتيب بر حسب نوع اجزاي سيستم به توصيف‌هايي از قبيل سيستم‌هاي كنترل الكترومكانيكي، سيستم‌هاي كنترل هيدروليكي- سيستم‌هاي بادي، و سيتم‌هاي كنترل زيستي بر مي‌خوريم، سيستم‌هاي كنترل اغلب برحسب هدف اصلي سيستم طبقه‌بندي مي‌شوند. يك سيستم كنترل وضعيت و يك سيستم كنترل سرعت متغيرهاي خروجي را به همان ترتيبي كه نام آن ها نشان مي‌دهد كنترل مي‌كند. به طور كلي راه‌هاي متعدد ديگري نيز براي مشخص كردن سيستم‌هاي كنترل برحسب برخي از ويژگي‌هاي خاص سيستم وجود دارد . از نظر ما اين مساله مهمي است كه قبل از پرداختن به تجربه و تحليل و طراحي، سيستم‌ها، با فراگرفتن برخي از روش‌هاي محصول‌تر و بهینه تر طبقه‌بندي سيستم‌هاي كنترل ديد مناسبي به دست آوريم.

اجزاي اصلي حلقه کنترل پس خور (Feed back)
سه جزء اساسي هر سيستم کنترل پس خور، اندازه گير (و ترانسميتر) ، کنترلر و المان نهايي (شير کنترل) مي باشد. در ادامه هر کدام از اين اجزا بررسي شده اند.

ابزار اندازه گيري((Measure ment elemen
اولين قدم براي کنترل يک فرآيند شناخت و درک ديناميک و رفتارهاي آن فرآيند مي باشد. بعد از شناخت فرآيند مي بايست کميت تحت کنترل را اندازه گيري نمائيم. به عبارت ديگر براي کنترل يک کميت بايد در هر لحظه اطلاعات دقيقي از آن داشته باشيم، يعني بايد کميت تحت کنترل را همواره اندازه گيري نمائيم.

در صنعت از اندازه گيرها معمولاً با نام هاي ديگري نيز ياد مي شود مانند سنسورها (Sensors)، ترانسميترها (Transmiters) و ترانسديوسرها (transducers) هر چند هر يک از اسامي فوق نام وسيله يا عنصري مستقل با طرز کاري به خصوص مي¬باشد اما يک اندازه گير گاهي اوقات مي تواند شامل هر سه عنصر ياد شده باشد.

سنسور
عنصري است که به کميت خاصي حساس مي باشد و يا در برابر آن کميت خاص از خود عکس-العمل نشان مي دهد. مثلاً ترموکوپل يک سنسور دما است چراکه با تغييرات دما، خروجي آن تغيير مي کند.
ترانسديوسر
عنصري است که يک نوع انرژي را به نوعي ديگر تبديل مي کند.

ترانسميتر
اکثر وسايل و تجهيزاتي که براي کنترل يک فرآيند بکار برده مي¬شوند، معمولاً در اتاق فرمان و در فاصله دور از فرآيند نصب مي شوند. از طرفي عنصر اندازه گير معمولاً روي فرآيند و يا در فاصله اي نزديک به آن نصب مي گردد. بنابراين سيگنال ناشي از کميت اندازه گيري شده مي¬بايستي به گونه اي مطمئن به اتاق فرمان ارسال گردد. اين کار توسط ترانسميتر انجام مي شود.

خواص و ويژگيهاي اندازه گيری
يک اندازه گير خوب مي بايستي داراي ويژگيها و خواص زير باشد:
۱-حوزه اندازه گيري (Range)

محدوده اي از دامنه تغييرات کميت مورد اندازه گيري است که عنصر اندازه گير قادر به اندازه گيري آن مي باشد، بنابراين همواره بايد اندازه¬گيري را انتخاب نمود که حوزه اندازه گيري آن دامنه تغييرات احتمالي کميت مورد کنترل را تحت پوشش قرار دهد.
۲-صفر اندازه گيري (Zero)
معمولاً نقطه مشخصي را در حوزه اندازه گيري به عنوان نقطه صفر در نظر مي گيريم. توجه نمائيد که در نقطه صفر خروجي اندازه گير لزوماً صفر نمي باشد و ممکن است داراي مقدار باشد. در عمل بهتر است اندازه گير را به گونه اي تنظيم کنيم که در نقطه صفر، خروجي آن نيز صفر باشد.

۳-انحراف صفر (Zero Drift)
همانطور که در بند قبل گفتيم معمولاً اندازه گير را به گونه اي تنظيم مي کنند که خروجي آن در نقطه صفر مساوي صفر باشد. اما متأسفانه ممکن است اندازه خروجي در نقطه صفر با گذشت زمان تغيير کند. اين پديده را انحراف صفر گوئيم. انحراف از صفر را به دو دسته سطحي (Short term) و ذاتي (Long term) تقسيم بندي مي کنيم.

۴-حساسيت (Sensitivity)
حساسيت يک اندازه گير عبارتست از نسبت تغييرات خروجي اندازه¬گير به واحد تغييرات در کميت مورد اندازه گيري، به بيان ديگر حساسيت شيب مشخصه عنصر اندازه گيري مي باشد.
۵-حد تفکيک (Resolution)
حد تفکيک عبارت است از کوچکترين اندازه تغييرات کميت موردنظر که مي تواند توسط عنصر اندازه گيري، اندازه گيري شود.
۶-پاسخ دهي (Response)
يک اندازه گير خوب بايد کميت مورد اندازه گيري را به سرعت اندازه¬گيري نمايد اما در عمل اندازه گيرها داراي ثابت زماني و بعضاً تأخير خالص مي¬باشند.
در سيستم کنترل پس خور ابتدا بايستي خروجي فرآيند اندازه گرفته شود، براي اين منظور از سنسورهاي اندازه گيري استفاده مي شود متغير هايي که در صنعت اغلب اندازه گيري مي شوند، فشار، دما، غلظت، سطح و دبي مي باشند. خروجي sensor يک سيگنا ل الكتريكي است.
شير هاي کنترل
شيرها معروفترين عناصر نهايي مي باشند و از آنها براي کنترل جريان سيال استفاده مي¬کنيم.

مشخصه شير
با باز و بسته کردن يک شير مي توان جريان سيال عبوري از آن را زياد و کم کرد. مشخصه شير رابطه جريان سيال از ميان شير با ميزان بازشدگي آن را نشان مي دهد. يک شير را مي توان يک مقاومت متغير تصور نمود که با تغيير مقاومت، جريان عبوري از آن تغيير مي کند. در مورد شيرها نيز چنين است و ميزان فلو به ازاي يک بازشدگي مشخص به فشار دو طرف شير بستگي دارد. بنابراين مشخصه يک شير معمولاً بر اساس درصد جريان از ميان شير بر حسب درصد بازشدگي آن تحت يک فشار مشخص، بيان مي¬گردد.

يک شير در واقع داراي دو نوع مشخصه مي باشد. يک مشخصه هنگامي که اختلاف فشار در دو طرف آن ثابت باشد که به آن مشخصه ذاتي شير مي گوئيم و مشخصه ديگر هنگامي است که شير در يک مدار واقعي نصب مي گردد و معمولاً فشار دو طرف آن با ميزان بازشدگي شير تغيير ميکند. اين مشخصه را مشخصه نصب شده مي گوئيم.

طراحي شيرها
۱- دبي طراحي حدوداً .۵۱ تا ۲ برابر دبي در حالت s.s در نظر گرفته مي‌شود.
۲- در محاسبات اوليه افت فشار شير را حدود psi5 در نظر مي‌گيريم. (براي حالتي که شير کاملاً باز است).

=۲۰psig بخار آب اشباع

چون در محدوده Subcritical هستيم و ما over design داريم در Sizing شير و خطا مشکل ندارد.

به ازاي هر psi، ظرفيت شير ۴۵۰ gpm آب مي‌باشد.

معادلات حاصل مي‌شود

ما به ازاي ۱۰۰% شير باز ظرفيت را محاسبه کرديم پس ظرفيت ماکزيمم است.
مي‌خواهيم ببينيم رابطه ميان ظرفيت شير و ميزان باز بودن شير خطي و يا غيرخطي است. تا رفتار سيگنال کنترلي را تشخيص دهيم. اکثر شیرها رفتار خطی دارند .
۱) Quiek opening
Vp سيگنالي است که از Controller مي‌آيد و ظرفيت شيردر نهايت دبي را مي‌دهد.( دبي را با Vp مربوط مي‌کنيم). تا يک محدوده خاصي فرمان کنترلر تأثير دارد در يک range کوچک از نقاط کاري ما تغيير و بيشترين ظرفيت را داريم و بيشتر باز بودن شير بدون تأثيرات ، اين حالت براي شيرهاي on/off داريم (سينوليندشير) در موارد Continues مناسب نيست.

۲) linear
از تمام range سيگنال کنترل استفاده مي‌کنيم و رفتار خطی است و مشکلي در بهره شير نيز نداريم. (مناسب و ايده‌آل است)
۳) Equal percentage
به ازايي هاي مختلف نمودار فرق مي‌کند و تقريباً تمام محدوده را در بر دارد و به دليل ساخت راحت و ارزان و پوشش دهي کامل محدوده سيگنال کنترلي بيشترين کاربرد دارد. (در محدوده باز بودن ۵۰% مشابه linear است ولي در محدوده ۰٫۰۵Cv و ۰٫۹۵Cv را در محدوده کنترل در نظر نمي‌گيريم تا رفتار نزديک به صفر نداشته باشد.

Positition را معمولاً بصورت ۰<Vp <1 Fraction مي‌گيريم.
Linear: Cv=Vp.Cv,max Cv100%
Equal: Cv=Cv,max ×α
Α= ۲۵ or 50 or 100
ورودي شير کنترلها  سيگنال
کنترل پذيري شير (Rangeability)
نسبت ماکزيمم فلوي قابل کنترل به مينيمم فلوي قابل کنترل در يک شير را کنترل¬پذيري شير گويند. کنترل¬پذيري شيرها تحت تأثير عوال مختلفي مي باشد که شامل شکل پوسته شير، سهولت نصب و همچنين سهولت تعمير و تعويض آن از مواردي مهمي هستند که بايد مورد توجه قرار گيرند. از آنجائيکه رفتار شير در حالت نصب شده از اهميت بيشتري برخوردار مي باشد در عمل کنترل¬پذيري آن را نيز به صورت نصب شده بيان مي کنند. در اين حال رابطه¬اي به صورت زير به دست مي¬آيد.

در اين رابطه qmax حداکثر فلو از ميان شير و Pmax اختلاف فشار در اين حالت است و qmin حداقل فلو از ميان شير و Pmin اختلاف فشار مربوطه مي باشد.

تثبيت کننده شير (valve positioner)
پلاک شير توسط محرک در وضعيتي که کنترل کننده تعيين مي کند قرار مي گيرد با اين وجود ممکن است نويزها و عوامل خارجي ديگر موجب تغيير وضعيت شير از مقدار مطلوب گردند. يکي از اين عوامل نيروهايي هستند که توسط سيال تحت کنترل بر پلاک شير وارد مي گردند.
تثبيت¬کننده وضعيت (positioner) در واقع يک فيدبک محلي است که در محل اتصال محرک به شير بر قرار مي¬گردد.

انواع positioner
1) پوزيشنر الکتروپنوماتيکي
در پوزيشنر الکتروپنوماتيکي، فرمان کنترل کننده به صورت جريان الکتريکي است که موجب ايجاد نيروي مغناطيسي مي شود. در اثر اين نيرو، تيغه به سمت بالا حرکت مي کند و فشار پشتي افزايش مي¬يابد. افزايش فشار به ديافراگم اعمال و موجب حرکت آن به پايين مي گردد.

۲) پوزيشنر الکتروهيدروليکي
براي باز و بسته کردن شيرهاي بسيار سنگين و يا شيرهايي که به ندرت باز و بسته مي¬شوند و احتمال زنگ¬زدگي يا گير کردن در آنها وجود دارد و يا زماني که جهت تثبيت وضعيت يک شير به اعمال نيروهاي بزرگي نياز باشد از محرک هاي پوزيشندار الکتروهيدروليکي استفاده مي¬شود.

کنترل کننده ها
کنترل کننده ها را از دو نظر مي توان دسته بندي نمود:
الف)از نظر نيرو يا انرژي محرکه
ب)از نظر قانون کنترل يا عملياتي که بر روي سيگنال خطا انجام مي¬دهند.