%46تخفیف

طراحی کنترل بهینۀ تطبیقی برای سیستم­های با دینامیک پیچیده بر مبنای روش‌های محاسبات نرم

تعداد206 صفحه  درword

چکيده

کارشناسي ارشد مهندسي ابزاردقیق و اتوماسیون صنعتی در صنایع نفت

طراحی کنترل بهینۀ تطبیقی برای سیستم­های با دینامیک پیچیده بر مبنای روش‌های محاسبات نرم

چکيده

سیستم­های دینامیکی غیرخطی با چالش­های متعددی روبرو هستند که باید آنها را مورد بررسی قرار داد. از جملۀ این مشکلات می­توان به مواردی همچون غیرخطی بودن شدید، تغییر شرایط عملیاتی، عدم قطعیت دینامیکی اعم از ساختار یافته و ساختار نیافته، و اغتشاشات و اختلالات خارجی اشاره کرد. به رغم پیشرفت­های اخیر در زمینۀ سیستم­های کنترل غیرخطی، طراحی یک کنترل کنندۀ مناسب و کارایی مطلوب آن شدیداً وابسته به استخراج یک مدل ریاضی بسیار دقیق از سیستم است. در سیستم­های صنعتی به دلیل وجود خاصیت بالای غیرخطی بودن، مدل­سازی دقیق امری بسیار دشوار است. به بیان دیگر در تعریف ریاضی و مدل­سازی یک سیستم با عدم قطعیت بالایی روبرو هستیم. اگرچه روش­های متعارف کنترل غیرخطی مانند کنترلرهای تطبیقیو لغزشیعدم قطعیت پارامتری را جبران می­کنند، اما در مواجه با عدم قطعیت مدل­سازی ساختار نیافته کاملاً آسیب­پذیر می­نمایند. در عوض و از طرف دیگر کنترل کننده­های مبتنی بر هوش محاسباتی، به لطف ویژگی خاص خود در عدم وابستگی به مدل ریاضی چنین محدودیتی را ندارند. با وجود پیشرفت­های اخیر، کنترل­کننده­های مبتنی بر شبکه­های عصبی همچنان در به کار گیری تخصص­های انسانی کم­توان هستند. همچنین کنترل کننده­های مبتنی بر منطق فازی نمی‌توانند آموزه­ای از رفتار پویای سیستم را در بهبود کارایی خود به کار گیرند.

با توجه به مطالب فوق می­توان گفت که در این پایان نامه در حقیقت ما می­خواهیم طراحی جدیدی از ترکیب بهترین و آخرین روش­های کنترلی گفته شده در بالا را با روش­های کنترل بهینه و تطبیقی ارائه دهیم. کنترل کننده­های مورد نظر ما با بررسی و استفاده از رفتار دینامیک ناشناختۀ سیستم­ها مقاومت آنها را در برابر عدم قطعیت­های شناخته شده و ناشناخته بالا می­برند. ساختارهای متعارف کنترلی در برابر این نوع از عدم قطعیت­ها عملکرد ضعیفی از خود نشان می‌دهند. کنترل کنندۀ مورد نظر ما بر اساس اصول و ابزار محاسبات نرمطراحی می­شود، و به همین دلیل دارای چنین محدودیت­هایی نخواهد بود. لازم به ذکر است که در طراحی این نوع کنترل کننده باید ابتکار زیادی به خرج داد و در تنظیم پارامترها بسیار دقت کرد. با وجود این مزایا بسیاری از این نوع کنترل کننده­ها در کاربردهایشان دچار مشکل عدم پایداری می­شود. در این مقاله کنترل کننده­هایی را پیشنهاد خواهیم کرد که برای رفع این نقیصه از تکنیک­های کنترل بهینه و کنترل تطبیقی بر مبنای تئوری لیاپانوف به جای روش‌های معمولی و ابتکاری برای تنظیم استفاده می­کنند. با این طراحی­ها، پایداری کنترل کننده­های ما برخلاف سایر کننده­های هوشمند، تضمین خواهد شد.

کليد واژه:بازوی رباتیک، مدیریت انرژی، کنترل تطبیقی، محاسبات نرم، PMSM.

فهرست مطالب

فصل 1-مقدمه 2

1-1-پیشینۀپژوهشی 3

1-2-رئوسمطالب 5

فصل 2-مقدمه‌ایبرکنترلغیرخطی 8

2-1-مقدمه 8

2-2-سیستمغیرخطی 9

2-3-تئوریپایداریلیاپانوف 9

2-3-1-سیستموابستهبهزمان 9

2-3-2-تفاوتاصليبينسيستم‌هايمتغيربازمانونامتغيربازمان 10

2-3-3-مفهومپایداریبهبیانلیاپانوف 10

2-3-3-1-تعريفپايداريمجانبي 11

2-3-3-2-تعريفپايدارينمائي 11

2-3-3-3-تعريفپايداريمطلق 11

2-4-کنترلتطبیقی 11

4-2-1-غیرمستقیم 12

2-4-2-مستقیم 12

فصل 3-مقدمه‌ایبرمحاسباتنرم 15

3-1-مقدمه 15

3-2-شبکۀعصبیمصنوعی 16

3-2-1-مقدمه 16

3-2-2-الهامازبیولوژی 19

3-2-3-مدلنرون 20

3-2-4-معماریشبکۀچندلایه 20

3-3-کنترلفازی 21

3-3-1-مقدمه 21

3-3-2-مفاهيماوليهوتعاريفمقدماتي 22

3-3-3-ساختارکلیکنترلکنندۀفازی 24

3-3-4-اجزاییککنترلکنندۀفازی 24

3-3-5-انواعکنترلکنندههایفازی 25

3-3-6-مقاسیۀفازینوع 1 بانوع 2 26

3-3-6-1-نمایشعدمقطعیتسیستم‌هایType-1 بوسیلهType-2 26

3-3-6-2-توابععضویتدرفازینوع 2 27

3-3-7-طراحیکنترلکنندهفازی 28

3-3-7-1-طراحیسیستم‌هایردیاببافیدبکحالت 28

3-3-8-دیاگرامروشطراحیکنترلکنددۀفازی 29

فصل 4-طراحیکنترل‌کنندهبرایبازویرباتیکباهدفخنثیکردناثراتاصطکاک،تداخلوارتجاع 32

4-1- مقدمه 32

4-2-مدل‌سازی 33

4-2-1-مدل‌سازیسیستمصلب: 33

4-2-2-مدل‌سازیسیستممنعطف: 34

4-3-کنترل‌کنندهتطبیقیبرایسیستمصلب 37

4-3-1-شبیه‌سازی 40

4-3-2-نتایج 41

4-4-طراحیکنترل‌کنندهتطبیقیباهدفخنثیکردناصطکاک 42

4-4-1-شبیه‌سازی 50

4-4-2-نتایج 51

4-5-طراحیکنترلکنندۀتطبیقیبراساسشبکۀعصبیبرایخنثیکردناغتشاش 53

4-5-1-توضیحشماتیککنترلکننده: 55

4-5-2-شبیه‌سازیونتایج 55

4-6-طراحیکنترلکنندهفازیبرایبازویرباتیک 59

4-6-1-شبیه‌سازیونتایج 61

4-7-طراحی‌کنندهفازیتطبیقیبرایبازویرباتیک 65

4-7-1-شبیه‌سازیونتایج 70

4-7-2-نتیجه‌گیری 73

فصل 5-طراحیسیستمکنترلهوشمندبراساستئوریلیپانوفبرایماشین‌هایسنکرونباآهنربایدائم(PMSM) 77

5-1-مقدمه 77

5-2-مدلس‌ازیسیستم: 80

5-3-بردارتطبیقیبراساسرویتگر 81

5-3-1-تئوریتطبیقی 85

5-4-طراحیکنترلتطبیقیبراساسرویتگر 88

5-4-1-شبیه‌سازی 93

5-4-2-نتایج 94

5-5-طراحیسیستمکنترلتطبیقیبرایسیستمبادینامیکنامعلوم 97

5-5-1-نتایج 101

5-6-طراحیسیستمکنترلکنندۀتطبیقیبدونسنسوربراساسشبکهعصبی 104

5-6-1-شبیه‌سازیونتایج 111

5-7-کنترلفازیتطبیقی 115

5-7-1-شبیه‌سازیونتایج 121

5-8-نتیجه‌گیری 125

فصل 6-مدیریتوکنترلسیستم‌هایتولیدانرژیهوشمند 129

6-1-مقدمه 129

6-1-1-مدل‌سازیسیستم 131

6-1-1-1-مبدلDC-DCدوطرفه 131

6-1-1-2-باطری‌ها 133

6-2-طراحیکنترلتطبیقیفازیبرایمبدلDC-DC 135

6-2-1-شبیه‌سازیونتایج: 138

6-3-کنترلتطبیقیباسDC: 144

6-3-1-شبیه‌سازیونتایج: 146

6-4-برآوردحالتشارژ(SOC)براساسرؤیتگر 149

6-4-1-شبیه‌سازیونتایج 151

6-5-برآوردحالتشارژ(SCC)باتئوریتطبیقی 155

6-5-1-شبیه‌سازیونتایج 158

6-6-طراحیسیستمنظارتیفازیبرایمدیریتانرژیوسایلالکتریکیباچندمنبعمختلف: 161

6-6-1-شبیه‌سازیونتایج 165

6-7-نتیجه‌گیری 168

فصل 7-نتیجه‌گیری 172

فهرستمراجع 174

فهرست جدول‌ها

جدول‏4.1 پارامترهایفیزیکیبازو 50

جدول‏4.2- جدولمتغیرهایزبانی 61

جدول‏4.3- جدولمقایسۀنتایج 74

جدول‏5.1- پارامترهایPMSM 93

جدول‏5.2- جدولقوانینفازیبرایPMSM 117

جدول‏5.3- جدولمقایسۀنتایج 127

جدول‏6.1- جدولمتغیرهایزبانی 138

جدول‏6.2- پارامترهایباطری 151

جدول‏6.3- پارامترهایمبدلباک 159

جدول‏6.4- جدولقوانینفازیبرایn=2 163

جدول‏6.5- جدولقوانینفازیبرای 164

جدول‏6.6– جدولقوانینفازیبرای 165

جدول‏6.7– جدولقوانینفازیبرای 165

جدول‏6.8- جدولمقایسۀنتایج 170

 

 

 

 

فهرست شکل‌‌ها

شکل‏2.1- مفهومپایداریلیپانوف 10

شکل‏2.2- شمایکنترلتطبیقیغیرمستقیم 12

شکل‏2.3- شمایکنترلتطبیقیمستقیم 13

شکل‏3.1- شماتيكسادهشدهدونرونبيولوژيكي 19

شکل‏3.2- ساختارنرون 20

شکل‏3.3- ساختارچندلایۀشبکۀنرونیبایکودولایۀمخفی 20

شکل‏3.4- ساختارکلیکنترلکنندۀفازی 24

شکل‏3.5- اجزایکنترلکنندۀفازی 25

شکل‏3.6- مکانیسماستنتاجفازی 25

شکل‏3.7- بهازایx=0.65 مقدارتابععضویتمشخصشدهاستکهمتناظرباهرمقداردارایمقدارمتفاوتیاست 27

شکل‏3.8- توابععضویتدرنوع 1 و 2 27

شکل‏3.9- دیاگرامروشطراحیکنترلکنندۀفازی 30

شکل‏4.1iامیناتصالبازویmulti-joint 34

شکل‏4.2- نمایدوبعدیبازویرباتیک 40

شکل‏4.3- سیگنالهایمرجعمکانوسرعتبازوها 41

شکل‏4.4-  پاسخبازوبامقادیرنامی: (a)خطایمکان؛(b)پارامتر 41

شکل‏4.5–  پاسخبازوبااصطکاککولمبی : (a)خطایمکان؛(b)پارامتر 41

شکل‏4.6– شمایکنترل‌کنندهبرایخنثیکردناثراصطکاک 45

شکل‏4.7– پاسخسیستمخنثیکنندۀاصطکاکبامقادیرنامی. (a)خطایمکان؛(b)خطایسرعت؛(c)پایداریداخلی؛(d)گشتاورخروجیکنترلکننده، . 52

شکل‏4.8– تخمیناصطکاکبامقادیرنامی،خنثیسازیجزئی(a)بازوی 1؛(b)بازوی 2. 52

شکل‏4.9– تخمیناصطکاکبامقادیرنامی،خنثیسازیکامل(a)بازوی 1؛(b)بازوی 2. 53

شکل‏4.10– شمایکنترلکنندۀخنثیکنندۀاغتشاش 53

شکل‏4.11– پاسخسیستمخنثیکنندۀاغتشاشبامقادیرنامی: (a)خطایمکانبازو؛(b)خطایسرعت؛(c)پایداریداخلی؛(d)گشتاورخروجیکنترلکننده ؛(e)گشتاورکنترلکنندهبرایبازوی 1 ؛و(f)گشتاورکنترلکنندهبرایبازوی 2 57

شکل‏4.12– پاسخسیستمخنثیکنندۀاغتشاشباشراایطاولیۀ : (a)خطایمکانبازو؛(b)خطایسرعت؛(c)پایداریداخلی؛(d)گشتاورخروجیکنترلکننده ؛(e)گشتاورکنترلکنندهبرایبازوی 1 ؛و(f)گشتاورکنترلکنندهبرایبازوی 2 58

شکل‏4.13- شمایکنترلکنندۀفازی 59

شکل‏4.14– تابععضویتفازینوع 1 60

شکل‏4.15– تابععضویتفازینوع 2 60

شکل‏4.16– سیگنالهایمرجعمکانوسرعتبازوها 62

شکل‏4.17– پاسخسیستمکنترلفازیبامقادیرنامی: (a,b)خطایمکان؛(c,d)خطایسرعت؛(e,f)نمایشهمزمانسرعتموتوروبازو؛(g,h)گشتاورکنترلکننده . 63

شکل‏4.18– پاسخسیستمکنترلفازیباشرایطاولیه: (a,b)خطایمکان؛(c,d)خطایسرعت؛(e,f)نمایشهمزمانسرعتموتوروبازو؛(g,h)گشتاورکنترلکننده . 64

شکل‏4.19– شمایکنترلکنندۀفازیتطبیقی 65

شکل‏4.20– ساختارکنترل‌کنندهتطبیقیفازینوع 2 66

شکل‏4.21– سیگنالهایمرجعمکانوسرعتبازوها 71

شکل‏4.22– پاسخهایسیستمکنترلتطبیقیفازینوع 1 ونوع 2 باوجودتغییردرجرمبازوواینرسیبار: (a, b)خطایمکان؛(c, d)خطایسرعت؛(e, f)سرعتموتوروبازو؛(g, h)گشتاورکنترلکننده. 72

شکل‏4.23– پاسخهایسیستمکنترلتطبیقیفازینوع 1 ونوع 2 باوجودتغییردرضریبسختی: (a, b)خطایمکان؛(c, d)خطایسرعت؛(e, f)سرعتموتوروبازو؛(g, h)گشتاورکنترلکننده. 73

شکل‏5.1– شمایبردارکنترلتطبیقی 82

شکل‏5.2-  شمایکنترلتطبیقی 88

شکل‏5.3– سیگنالمرجعکنترلکنندۀتطبیقی 94

شکل‏5.4– پاسخسیستمکنترلتطبیقیبامقادیرنامی: (a)خطایردگیریسرعت؛(b)خطایتخمینسرعت؛(c)مولفههایجریاندرراستایd-q؛(d)مولفههایولتاژدرراستایd-q؛(e)اغتشاش؛ (f)پارامترهایتطبیقی . 95

شکل‏5.5– پاسخسیستمکنترلتطبیقیباتغییربار: (a)خطایردگیریسرعت؛(b)خطایتخمینسرعت؛(c)مولفههایجریاندرراستایd-q؛(d)مولفههایولتاژدرراستایd-q؛(e)اغتشاش؛ (f)پارامترهایتطبیقی . 96

شکل‏5.6– طراحیتخمیناغتشاش 97

شکل‏5.7– پاسخسیستمکنترلتطبیقیبامقادیرنامی: (a)خطایردگیریسرعت؛(b)مولفههایجریاندرراستایd-q؛(c)مولفههایولتاژدرراستایd-q؛(d)گشتاورخروجی؛(e)اغتشاش؛ (f)پارامترهایتطبیقی . 102

شکل‏5.8– پاسخسیستمکنترلتطبیقیباتغییربار: (a)خطایردگیریسرعت؛(b)مولفههایجریاندرراستایd-q؛(c)مولفههایولتاژدرراستایd-q؛(d)گشتاورخروجی؛(e)اغتشاش؛ (f)پارامترهایتطبیقی . 103

شکل‏5.9– شماتیکسیستمکنترلتطبیقیبدونسنسوربراساسشبکۀعصبی 104

شکل‏5.10– سیگنالمرجعکنترلکنندۀتطبیقیبراساسشبکۀعصبی 111

شکل‏5.11– پاسخسیستمکنترلشبکۀعصبیتطبیقیبامقادیرنامی: (a)خطایتخمینسرعت؛(b)خطایردگیریسرعت؛(c)مولفههایجریاندرراستایd-q؛(d)مولفههایولتاژدرراستایd-q؛(e)گشتاورکنترلکننده؛ (f)تخمینپارامتر . 113

شکل‏5.12– پاسخسیستمکنترلشبکۀعصبیتطبیقیباگشتاورتداخلیبار: (a)خطایتخمینسرعت؛(b)خطایردگیریسرعت؛(c)مولفههایجریاندرراستایd-q؛(d)مولفههایولتاژدرراستایd-q؛(e)گشتاورکنترلکننده؛ (f)تخمینپارامتر . 114

شکل‏5.13– شمایکنترلکنندۀفازیتطبیقی 115

شکل‏5.14– توابععضویتورودیکنترلکنندۀفازی 116

شکل‏5.15– ساختارکنترلکنندۀفازیتطبیقی 118

شکل‏5.16- سیگنالمرجعسرعتروتور 121

شکل‏5.17- پاسخکنترلکنندۀفازیتطبیقیبامقادیرنامی: (a)خطایسرعت؛(b)خروجیمدلمرجع؛(c)جریاندرراستایdوq؛(d)ولتاژعملیاتی  . 122

شکل‏5.18- پاسخکنترلکنندۀفازیتطبیقیباتغییردرپارامترها: (a)خطایسرعت؛(b)خروجیمدلمرجع؛(c)جریاندرراستایdوq؛(d)ولتاژعملیاتی  . 123

شکل‏5.19- پاسخکنترلکنندۀفازیتطبیقیباوجودتداخلگشتاوربار: (a)خطایسرعت؛(b)خروجیمدلمرجع؛(c)جریاندرراستایdوq؛(d)ولتاژعملیاتی  . 124

شکل‏5.20- پاسخکنترلکنندۀفازیتطبیقیباافزایشاندازۀاصطکاکغیرخطی: (a)خطایسرعت؛(b)خروجیمدلمرجع؛(c)جریاندرراستایdوq؛(d)ولتاژعملیاتی  . 125

شکل‏6.1– سیستمتولیدانرژی 129

شکل‏6.2– سیستمالکتریکییکوسیلۀنقلیه 130

شکل‏6.3– سیستمتغذیۀDC-ACبامبدلدوطرفۀDC-DC 131

شکل‏6.4– حالاتعملکردمبدلDC-DC 132

شکل‏6.5– ساختارمبدلDC-DC 132

شکل‏6.6– مدارمعادلباطری 133

شکل‏6.7– شمایکنترلکنندۀفازیتطبیقیبرایمبدلافزایشیDC-DC 137

شکل‏6.8– توابععضویتفازیبرای؛(a)خطایولتاژ،(b)تغییراتخطایولتاژ 137

شکل‏6.9– مقایسۀپاسخهایکنترلکنندههایفازیتطبیقیوPI : (a)ولتاژخروجی؛(b)خطایولتاژ؛(c)جریانسلف؛(d)چرخۀکارکنترلکننده 139

شکل‏6.10– مقایسۀپاسخهایکنترلکنندههایفازیتطبیقیوPIدرحضوربارکوچکتر: (a)ولتاژخروجی؛(b)خطایولتاژ؛(c)جریانسلف؛(d)چرخۀکارکنترلکننده 140

شکل‏6.11– مقایسۀپاسخهایکنترلکنندههایفازیتطبیقیوPIدرحضورباربزرگتر: (a)ولتاژخروجی؛(b)خطایولتاژ؛(c)جریانسلف؛(d)چرخۀکارکنترلکننده 141

شکل‏6.12– مقایسۀپاسخهایکنترلکنندههایفازیتطبیقیوPIباتغییراندازۀسلف: (a)ولتاژخروجی؛(b)خطایولتاژ؛(c)جریانسلف؛(d)چرخۀکارکنترلکننده 142

شکل‏6.13– مقایسۀپاسخهایکنترلکنندههایفازیتطبیقیوPIباتغییراندازۀخازن: (a)ولتاژخروجی؛(b)خطایولتاژ؛(c)جریانسلف؛(d)چرخۀکارکنترلکننده 143

شکل‏6.14– شمایکنترلتطبیقیباسDC 145

شکل‏6.15– شمایکنترلکنندۀPIسریشده 146

شکل‏6.16– کنترلباسDCدرشرایطنامیوولتاژتغذیۀثابت : (a)جریاناینورترio؛(b)ولتاژباسVDC؛(c)جریانمنبعis؛(d)چرخۀکارکنترلکننده ؛(e)تخمینپارامترتطبیقی 147

شکل‏6.17– کنترلباسDCدرشرایطنامیوولتاژتغذیۀسینوسی : (a)جریاناینورترio؛(b)ولتاژباسVDC؛(c)جریانمنبعis؛(d)چرخۀکارکنترلکننده ؛(e)تخمینپارامترتطبیقی 148

شکل‏6.18– پاسخسیستمبرآوردSOCبراساسرؤیتگربامقادیرنامی: (a)ولتاژباطریVb؛(b)جریانباطریIb؛(c)خطایتخمینولتاژباطریe؛(d)خطایتخمینSOC. 152

شکل‏6.19– پاسخسیستمبرآوردSOCبراساسرؤیتگربااندازۀخازن 10 برابربزرگتر: (a)ولتاژباطریVb؛(b)جریانباطریIb؛(c)خطایتخمینولتاژباطریe؛(d)خطایتخمینSOC. 153

شکل‏6.20– پاسخسیستمبرآوردSOCبراساسرؤیتگرباامپدانس 2 برابربزرگتر: (a)ولتاژباطریVb؛(b)جریانباطریIb؛(c)خطایتخمینولتاژباطریe؛(d)خطایتخمینSOC. 154

شکل‏6.21– مدارمعادلمبدلباک 159

شکل‏6.22– شمایکنترلمبدل 159

شکل‏6.23– پاسخسیستمSOCتطبیقی: (a)ولتاژمعکوسکننده ؛(b)چرخۀکار ؛(c)ولتاژباطری ؛(d)جریانباطری ؛(e)خطایتخمینولتاژباطری ؛(f)ولتاژتخمینیمدارباز . 160

شکل‏6.24– بلوکدیاگرامشماتیکسیستمکنترلنظارتفازیبرایمدیریتانرژی 163

شکل‏6.25– تابععضویتفازیورودیبرایn=3. 165

شکل‏6.26– پاسخسیستممدیریتیفازیتحتتوانوروی  : (a)ولتاژباسDC، ؛(b)جریانباطریها ؛(c)چرخههایکار ؛(d)حالتشارژ ؛(e)وپارامترسیستم 167

 

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “طراحی کنترل بهینۀ تطبیقی برای سیستم­های با دینامیک پیچیده بر مبنای روش‌های محاسبات نرم”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo