Δυναμική και Ρύθμιση Διεργασιών και Συστημάτων

Οργάνωση του βιβλίου
Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται μια γενική εισαγωγή στη ρύθμιση διεργασιών. Μια σύντομη εισαγωγή
στα ισοζύγια μάζας και ενέργειας σε μεταβατικές συνθήκες παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 2, ενώ τα
Κεφάλαια 21 και 22 παρουσιάζουν το αναγκαίο, βασικό μαθηματικό υπόβαθρο στον μετασχηματισμό
Laplace και στη θεωρία πινάκων.
Η δυναμική διεργασιών αποτελεί το αντικείμενο των Κεφαλαίων 3-9 και 14. Η παρουσίαση ξεκινά
με τις απλούστερες περιπτώσεις (συστήματα πρώτης τάξης) στο Κεφάλαιο 3 και στη συνέχεια γενι-
κεύεται. Η παρουσίαση γίνεται στο πεδίο του χρόνου (συμπεριλαμβανομένων συστημάτων διακριτού
χρόνου) και παράλληλα στο πεδίο του μετασχηματισμού Laplace (συμπεριλαμβανομένης της συχνοτι-
κής απόκρισης). Στα Κεφάλαια 4 και 5 παρουσιάζεται η δυναμική συστημάτων που προκύπτουν από τη
διασύνδεση συστημάτων πρώτης τάξης, καθώς και συστήματα τα οποία είναι εγγενώς δεύτερης τάξης.
Συστήματα υψηλότερης τάξης εξετάζονται στα Κεφάλαια 6-9 στον χώρο των καταστάσεων (Κεφάλαια
6 και 7) και στον χώρο του Laplace (Κεφάλαια 8 και 9). Στα κεφάλαια αυτά εισάγεται και αναλύεται η
έννοια της ευστάθειας (ασυμπτωτική ευστάθεια και ευστάθεια εισόδου/εξόδου). Η δυναμική των συ-
στημάτων με νεκρό χρόνο παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 14. Όλα τα κεφάλαια που αφορούν τη δυναμι-
κή αποτελούν βασικό μέρος ενός προπτυχιακού μαθήματος στη δυναμική και στη ρύθμιση διεργασιών.
Το υπόλοιπο βιβλίο ασχολείται με τη ρύθμιση διεργασιών. H βασική δομή ρύθμισης με ανατροφο-
δότηση της εξόδου καλύπτεται στα Κεφάλαια 10-14. Στο Κεφάλαιο 10 δίνεται μια γενική εισαγωγή και
ορίζεται η δομή των κλασικών PID ρυθμιστών τόσο στο πεδίο του χρόνου όσο και στο πεδίο του Laplace.
H ανάλυση των συστημάτων κλειστού βρόχου μέσω συναρτήσεων μεταφοράς αποτελεί το αντικείμε-
νο των Κεφαλαίων 11 και 12. Το Κεφάλαιο 13 έχει το ίδιο αντικείμενο, αλλά η ανάλυση βασίζεται στο
πεδίο του χρόνου. Τα συστήματα με νεκρό χρόνο παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 14. Αφιερώνουμε ένα
ξεχωριστό κεφάλαιο στον νεκρό χρόνο λόγω των ιδιαίτερων μαθηματικών μεθόδων που απαιτεί η με-
λέτη των σχετικών συστημάτων. Τα Κεφάλαια 10-14 αποτελούν την ελάχιστη ύλη που θα πρέπει να
καλύπτεται σε ένα σχετικό προπτυχιακό μάθημα όσον αφορά το αντικείμενο της ρύθμισης.
Τα κεφάλαια που ακολουθούν πραγματεύονται αντικείμενα τα οποία είναι προαιρετικά και είναι
ευθύνη του διδάσκοντα να επιλέξει αυτά που είναι καταλληλότερα. Πιο συγκεκριμένα, στο Κεφάλαιο
15 παρουσιάζεται ο γεωμετρικός τόπος των ριζών, ενώ στο Κεφάλαιο 16 παρουσιάζονται μέθοδοι βαθ-
μονόμησης κλασικών ρυθμιστών με μεθόδους βελτιστοποίησης. Το αντικείμενο της σχετικής ευστά-
θειας παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 17 με έμφαση στις μεθόδους βαθμονόμησης κλασικών ρυθμιστών
με βάση τη σχετική ευστάθεια. Στο Κεφάλαιο 18 μελετώνται συστήματα πολλών εισόδων και πολλών
εξόδων, ενώ σύγχρονες τεχνικές σύνθεσης ρυθμιστών με βάση το μαθηματικό πρότυπο παρουσιάζο-
νται στο Κεφάλαιο 19. Το Κεφάλαιο 20 επικεντρώνεται σε μεθόδους προηγμένης ρύθμισης διεργασιών:
ρύθμιση λόγου, ρύθμιση συστοιχίας και ρύθμιση πρόδρασης και συνδυασμένη ρύθμιση πρόδρασης/
ανάδρασης. Οι προηγμένες μεθοδολογίες παρουσιάζονται αρχικά με απλό τρόπο και στη συνέχεια εισά-
γονται σύγχρονες μεθοδολογίες σύνθεσης ρυθμιστών με βάση το μαθηματικό πρότυπο.
Θα πρέπει να τονιστεί ότι κάθε κεφάλαιο ολοκληρώνεται με μια ενότητα σχετική με τα λογισμικά
MATLAB και Maple. Η προσπάθεια είναι να εισαχθεί ο αναγνώστης στα λογισμικά αυτά σταδιακά μέσω
απλών παραδειγμάτων, τα οποία έχουν επιλυθεί αναλυτικά στο αντίστοιχο κεφάλαιο. Το MATLAB δι-
αθέτει ισχυρότατους αλγορίθμους για την εκτέλεση πολύπλοκων αριθμητικών πράξεων, ενώ το Maple
διακρίνεται για τη δυνατότητα εκτέλεσης συμβολικών πράξεων.
Στο πίνακα που ακολουθεί δίνεται δειγματοληπτικά μια πιθανή δομή για ένα προπτυχιακό μάθημα
στη δυναμική και στη ρύθμιση διεργασιών. Η δομή αυτή είναι η δομή που ακολουθείται στη διδασκαλία
του μαθήματος στο Παν/μιο Texas A&M των ΗΠΑ. Αντανακλά τις προσωπικές επιλογές του συγγρα-
φέα που αφορούν (i) την κάλυψη των μεθόδων σύνθεσης ρυθμιστών (μέθοδοι βαλτιστοποίησης και οι
προηγμένες μέθοδοι που βασίζονται στο μαθηματικό πρότυπο) και (ii) την κατανομή των διδακτικών
ωρών (αργή παρουσίαση των βασικών εννοιών αρχικά και επιτάχυνση στη συνέχεια). Κάθε διδάσκων
θα πρέπει να βασιστεί στα δικά του κριτήρια για την επιλογή της καταλληλότερης διδακτέας ύλης, αλλά
και στο επίπεδο των προπτυχιακών φοιτητών.