دانلود پایان نامه : طراحی کنترل بهینۀ تطبیقی برای سیستم­های با دینامیک پیچیده بر مبنای روش‌های محاسبات نرم

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی ابزاردقیق و اتوماسیون صنعتی در صنایع نفت

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

دانشگاه شیراز

دانشکده آموزش‌های الکترونیکی

 

 

پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد مهندسی ابزاردقیق و اتوماسیون صنعتی در صنایع نفت

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

استاد راهنما:

پروفسور سیّد کمال‌الدّین یادآور نیکروش

زمستان 1392

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چکیده
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 تطبیقی و لغزشی عدم 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 نرم طراحی 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.کلید واژه: بازوی رباتیک، مدیریت انرژی، کنترل تطبیقی، محاسبات نرم، PMSM.   فهرست مطالبفصل 1- مقدمه. 21-1- پیشینۀ پژوهشی.. 31-2- رئوس مطالب... 5فصل 2- مقدمه‌ای بر کنترل غیرخطی.. 82-1- مقدمه. 82-2- سیستم غیرخطی.. 92-3- تئوری پایداری لیاپانوف... 92-3-1- سیستم وابسته به زمان.. 92-3-2- تفاوت اصلی بین سیستم‌های متغیر با زمان و نامتغیر با زمان.. 102-3-3- مفهوم پایداری به بیان لیاپانوف... 102-3-3-1- تعریف پایداری مجانبی.. 112-3-3-2- تعریف پایداری نمائی.. 112-3-3-3- تعریف پایداری مطلق.. 112-4- کنترل تطبیقی.. 114-2-1- غیر مستقیم.. 122-4-2- مستقیم.. 12فصل 3- مقدمه‌ای بر محاسبات نرم. 153-1- مقدمه. 153-2- شبکۀ عصبی مصنوعی.. 163-2-1- مقدمه. 163-2-2- الهام از بیولوژی.. 193-2-3- مدل نرون.. 203-2-4- معماری شبکۀ چند لایه. 203-3- کنترل فازی.. 213-3-1- مقدمه. 213-3-2- مفاهیم اولیه و تعاریف مقدماتی.. 223-3-3- ساختار کلی کنترل کنندۀ فازی.. 243-3-4- اجزای یک کنترل کنندۀ فازی.. 243-3-5- انواع کنترل کنندههای فازی.. 253-3-6- مقاسیۀ فازی نوع 1 با نوع 2.. 263-3-6-1- نمایش عدم قطعیت سیستم‌های Type-1  بوسیله Type-2. 263-3-6-2- توابع عضویت در فازی نوع 2.. 273-3-7- طراحی کنترل کننده فازی.. 283-3-7-1- طراحی سیستم‌های ردیاب با فیدبک حالت... 283-3-8- دیاگرام روش طراحی کنترل کنددۀ فازی.. 29فصل 4- طراحی کنترل‌کننده برای بازوی رباتیک با هدف خنثی کردن اثرات اصطکاک، تداخل و ارتجاع   324-1- مقدمه. 324-2- مدل‌سازی.. 334-2-1- مدل‌سازی سیستم صلب: 334-2-2- مدل‌سازی سیستم منعطف: 344-3- کنترل‌کننده تطبیقی برای سیستم صلب... 374-3-1- شبیه‌سازی.. 404-3-2- نتایج.. 414-4- طراحی کنترل‌کننده تطبیقی با هدف خنثی کردن اصطکاک... 424-4-1- شبیه‌سازی.. 504-4-2- نتایج.. 514-5- طراحی کنترل کنندۀ تطبیقی بر اساس شبکۀ عصبی برای خنثی کردن اغتشاش.... 534-5-1- توضیح شماتیک کنترل کننده: 554-5-2- شبیه‌سازی و نتایج.. 554-6- طراحی کنترل کننده فازی برای بازوی رباتیک.... 594-6-1- شبیه‌سازی و نتایج.. 614-7- طراحی‌کننده فازی تطبیقی برای بازوی رباتیک.... 654-7-1- شبیه‌سازی و نتایج.. 704-7-2- نتیجه‌گیری.. 73فصل 5- طراحی سیستم کنترل هوشمند بر اساس تئوری لیپانوف برای ماشین‌های سنکرون با آهنربای دائم (PMSM) 775-1- مقدمه. 775-2- مدلس‌ازی سیستم: 805-3- بردار تطبیقی براساس رویتگر. 815-3-1- تئوری تطبیقی.. 855-4- طراحی کنترل تطبیقی براساس رویتگر. 885-4-1- شبیه‌سازی.. 935-4-2- نتایج.. 945-5- طراحی سیستم کنترل تطبیقی برای سیستم با دینامیک نامعلوم. 975-5-1- نتایج.. 1015-6- طراحی سیستم کنترل کنندۀ تطبیقی بدون سنسور براساس شبکه عصبی.. 1045-6-1- شبیه‌سازی و نتایج.. 1115-7- کنترل فازی تطبیقی.. 1155-7-1- شبیه‌سازی و نتایج.. 1215-8- نتیجه‌گیری.. 125فصل 6- مدیریت و کنترل سیستم‌های تولید انرژی هوشمند.. 1296-1- مقدمه. 1296-1-1- مدل‌سازی سیستم.. 1316-1-1-1- مبدل DC-DC دوطرفه. 1316-1-1-2- باطری‌ها 1336-2- طراحی کنترل تطبیقی فازی برای مبدل DC-DC.. 1356-2-1- شبیه‌سازی و نتایج: 1386-3- کنترل تطبیقی باس DC: 1446-3-1- شبیه‌سازی و نتایج: 1466-4- برآورد حالت شارژ (SOC) بر اساس رؤیتگر. 1496-4-1- شبیه‌سازی و نتایج.. 1516-5- برآورد حالت شارژ (SCC) با تئوری تطبیقی.. 1556-5-1- شبیه‌سازی و نتایج.. 1586-6- طراحی سیستم نظارتی فازی برای مدیریت انرژی وسایل الکتریکی با چند منبع مختلف: 1616-6-1- شبیه‌سازی و نتایج.. 1656-7- نتیجه‌گیری.. 168فصل 7- نتیجه‌گیری.. 172فهرست مراجع.. 174 جدول ‏4.1 پارامترهای فیزیکی بازو 50جدول ‏4.2- جدول متغیرهای زبانی.. 61جدول ‏4.3- جدول مقایسۀ نتایج.. 74جدول ‏5.1- پارامترهای PMSM... 93جدول ‏5.2- جدول قوانین فازی برای PMSM... 117جدول ‏5.3- جدول مقایسۀ نتایج.. 127جدول ‏6.1- جدول متغیرهای زبانی.. 138جدول ‏6.2- پارامترهای باطری.. 151جدول ‏6.3- پارامترهای مبدل باک... 159جدول ‏6.4- جدول قوانین فازی برای n=2. 163جدول ‏6.5- جدول قوانین فازی برای .. 164جدول ‏6.6- جدول قوانین فازی برای .. 165جدول ‏6.7- جدول قوانین فازی برای .. 165جدول ‏6.8- جدول مقایسۀ نتایج.. 170فهرست شکل‌‌هاشکل  ‏2.1- مفهوم پایداری لیپانوف... 10شکل  ‏2.2- شمای کنترل تطبیقی غیرمستقیم.. 12شکل  ‏2.3- شمای کنترل تطبیقی مستقیم.. 13شکل  ‏3.1- شماتیک ساده شده دو نرون بیولوژیکی.. 19شکل  ‏3.2- ساختار نرون.. 20شکل  ‏3.3- ساختار چند لایۀ شبکۀ نرونی با یک و دو لایۀ مخفی.. 20شکل  ‏3.4- ساختار کلی کنترل کنندۀ فازی.. 24شکل  ‏3.5- اجزای کنترل کنندۀ فازی.. 25شکل  ‏3.6- مکانیسم استنتاج فازی.. 25شکل  ‏3.7- به ازای x=0.65  مقدارتابع عضویت مشخص شده است که متناظربا     هرمقدار        دارای مقدارمتفاوتی است   27شکل  ‏3.8- توابع عضویت در نوع 1 و 2.. 27شکل  ‏3.9- دیاگرام روش طراحی کنترل کنندۀ فازی.. 30شکل  ‏4.1  i امین اتصال بازوی multi-joint 34شکل  ‏4.2- نمای دو بعدی بازوی رباتیک.... 40شکل  ‏4.3- سیگنالهای مرجع مکان و سرعت بازوها 41شکل  ‏4.4-  پاسخ بازو با مقادیر نامی: (a) خطای مکان؛ (b) پارامتر .... 41شکل  ‏4.5-  پاسخ بازو با اصطکاک کولمبی : (a) خطای مکان؛ (b) پارامتر .... 41شکل  ‏4.6- شمای کنترل‌کننده برای خنثی کردن اثر اصطکاک... 45شکل  ‏4.7- پاسخ سیستم خنثی کنندۀ اصطکاک با مقادیر نامی. (a) خطای مکان؛ (b) خطای سرعت؛ (c) پایداری داخلی؛ (d) گشتاور خروجی کنترل کننده، . 52شکل  ‏4.8- تخمین اصطکاک با مقادیر نامی، خنثی سازی جزئی (a) بازوی 1؛ (b) بازوی 2. 52شکل  ‏4.9- تخمین اصطکاک با مقادیر نامی، خنثی سازی کامل (a) بازوی 1؛ (b) بازوی 2. 53شکل  ‏4.10- شمای کنترل کنندۀ خنثی کنندۀ اغتشاش.... 53شکل  ‏4.11- پاسخ سیستم خنثی کنندۀ اغتشاش با مقادیر نامی: (a) خطای مکان بازو؛ (b) خطای سرعت؛ (c) پایداری داخلی؛ (d) گشتاور خروجی کنترل کننده ؛ (e) گشتاور کنترل کننده برای بازوی 1 ؛ و (f) گشتاور کنترل کننده برای بازوی 2 .. 57شکل  ‏4.12- پاسخ سیستم خنثی کنندۀ اغتشاش با شراایط اولیۀ : (a) خطای مکان بازو؛ (b) خطای سرعت؛ (c) پایداری داخلی؛ (d) گشتاور خروجی کنترل کننده ؛ (e) گشتاور کنترل کننده برای بازوی 1 ؛ و (f) گشتاور کنترل کننده برای بازوی 2 .. 58شکل  ‏4.13- شمای کنترل کنندۀ فازی.. 59شکل  ‏4.14- تابع عضویت فازی نوع 1.. 60شکل  ‏4.15- تابع عضویت فازی نوع 2.. 60شکل  ‏4.16- سیگنالهای مرجع مکان و سرعت بازوها 62شکل  ‏4.17- پاسخ سیستم کنترل فازی با مقادیر نامی: (a,b) خطای مکان؛ (c,d) خطای سرعت؛ (e,f) نمایش همزمان سرعت موتور و بازو؛ (g,h) گشتاور کنترل کننده . 63شکل  ‏4.18- پاسخ سیستم کنترل فازی با شرایط اولیه: (a,b) خطای مکان؛ (c,d) خطای سرعت؛ (e,f) نمایش همزمان سرعت موتور و بازو؛ (g,h) گشتاور کنترل کننده . 64شکل  ‏4.19- شمای کنترل کنندۀ فازی تطبیقی.. 65شکل  ‏4.20- ساختار کنترل‌کننده تطبیقی فازی نوع 2.. 66شکل  ‏4.21- سیگنالهای مرجع مکان و سرعت بازوها 71شکل  ‏4.22- پاسخهای سیستم کنترل تطبیقی فازی نوع 1 و نوع 2 با وجود تغییر در جرم بازو و اینرسی بار: (a, b) خطای مکان؛ (c, d) خطای سرعت؛ (e, f) سرعت موتور و بازو؛ (g, h) گشتاور کنترل کننده. 72شکل  ‏4.23- پاسخهای سیستم کنترل تطبیقی فازی نوع 1 و نوع 2 با وجود تغییر در ضریب سختی: (a, b) خطای مکان؛ (c, d) خطای سرعت؛ (e, f) سرعت موتور و بازو؛ (g, h) گشتاور کنترل کننده. 73شکل  ‏5.1- شمای بردار کنترل تطبیقی.. 82شکل  ‏5.2-  شمای کنترل تطبیقی.. 88شکل  ‏5.3- سیگنال مرجع کنترل کنندۀ تطبیقی.. 94شکل  ‏5.4- پاسخ سیستم کنترل تطبیقی با مقادیر نامی: (a) خطای ردگیری سرعت؛ (b) خطای تخمین سرعت؛ (c) مولفههای جریان در راستای d-q؛ (d) مولفههای ولتاژ در راستای d-q؛ (e) اغتشاش؛ (f) پارامترهای تطبیقی . 95شکل  ‏5.5- پاسخ سیستم کنترل تطبیقی با تغییر بار: (a) خطای ردگیری سرعت؛ (b) خطای تخمین سرعت؛ (c) مولفههای جریان در راستای d-q؛ (d) مولفههای ولتاژ در راستای d-q؛ (e) اغتشاش؛ (f) پارامترهای تطبیقی . 96شکل  ‏5.6- طراحی تخمین اغتشاش.... 97شکل  ‏5.7- پاسخ سیستم کنترل تطبیقی با مقادیر نامی: (a) خطای ردگیری سرعت؛ (b) مولفههای جریان در راستای d-q؛ (c) مولفههای ولتاژ در راستای d-q؛ (d) گشتاور خروجی؛ (e) اغتشاش؛ (f) پارامترهای تطبیقی . 102شکل  ‏5.8- پاسخ سیستم کنترل تطبیقی با تغییر بار: (a) خطای ردگیری سرعت؛ (b) مولفههای جریان در راستای d-q؛ (c) مولفههای ولتاژ در راستای d-q؛ (d) گشتاور خروجی؛ (e) اغتشاش؛ (f) پارامترهای تطبیقی . 103شکل  ‏5.9- شماتیک سیستم کنترل تطبیقی بدون سنسور بر اساس شبکۀ عصبی.. 104شکل  ‏5.10- سیگنال مرجع کنترل کنندۀ تطبیقی بر اساس شبکۀ عصبی.. 111شکل  ‏5.11- پاسخ سیستم کنترل شبکۀ عصبی تطبیقی با مقادیر نامی: (a) خطای تخمین سرعت؛ (b) خطای ردگیری سرعت؛ (c) مولفههای جریان در راستای d-q؛ (d) مولفههای ولتاژ در راستای d-q؛ (e) گشتاور کنترل کننده؛  (f)تخمین پارامتر . 113شکل  ‏5.12- پاسخ سیستم کنترل شبکۀ عصبی تطبیقی با گشتاور تداخلی بار: (a) خطای تخمین سرعت؛ (b) خطای ردگیری سرعت؛ (c) مولفههای جریان در راستای d-q؛ (d) مولفههای ولتاژ در راستای d-q؛ (e) گشتاور کنترل کننده؛  (f)تخمین پارامتر . 114شکل  ‏5.13- شمای کنترل کنندۀ فازی تطبیقی.. 115شکل  ‏5.14- توابع عضویت ورودی کنترل کنندۀ فازی.. 116شکل  ‏5.15- ساختار کنترل کنندۀ فازی تطبیقی.. 118شکل  ‏5.16- سیگنال مرجع سرعت روتور 121شکل  ‏5.17- پاسخ کنترل کنندۀ فازی تطبیقی با مقادیر نامی: (a) خطای سرعت؛ (b) خروجی مدل مرجع؛ (c) جریان در راستای d و q ؛ (d) ولتاژ عملیاتی  . 122شکل  ‏5.18- پاسخ کنترل کنندۀ فازی تطبیقی با تغییر در پارامترها: (a) خطای سرعت؛ (b) خروجی مدل مرجع؛ (c) جریان در راستای d و q ؛ (d) ولتاژ عملیاتی  . 123شکل  ‏5.19- پاسخ کنترل کنندۀ فازی تطبیقی با وجود تداخل گشتاور بار: (a) خطای سرعت؛ (b) خروجی مدل مرجع؛ (c) جریان در راستای d و q ؛ (d) ولتاژ عملیاتی  . 124شکل  ‏5.20- پاسخ کنترل کنندۀ فازی تطبیقی با افزایش اندازۀ اصطکاک غیرخطی: (a) خطای سرعت؛ (b) خروجی مدل مرجع؛ (c) جریان در راستای d و q ؛ (d) ولتاژ عملیاتی  . 125شکل  ‏6.1- سیستم تولید انرژی.. 129شکل  ‏6.2- سیستم الکتریکی یک وسیلۀ نقلیه. 130شکل  ‏6.3- سیستم تغذیۀ DC-AC با مبدل دوطرفۀ DC-DC.. 131شکل  ‏6.4- حالات عملکرد مبدل DC-DC.. 132شکل  ‏6.5- ساختار مبدل DC-DC.. 132شکل  ‏6.6- مدار معادل باطری.. 133شکل  ‏6.7- شمای کنترل کنندۀ فازی تطبیقی برای مبدل افزایشی DC-DC.. 137شکل  ‏6.8- توابع عضویت فازی برای؛ (a) خطای ولتاژ، (b) تغییرات خطای ولتاژ 137شکل  ‏6.9- مقایسۀ پاسخهای کنترل کنندههای فازی تطبیقی و PI : (a) ولتاژ خروجی؛ (b) خطای ولتاژ؛ (c) جریان سلف؛ (d) چرخۀ کار کنترل کننده .. 139شکل  ‏6.10- مقایسۀ پاسخهای کنترل کنندههای فازی تطبیقی و PI در حضور بار کوچکتر: (a) ولتاژ خروجی؛ (b) خطای ولتاژ؛ (c) جریان سلف؛ (d) چرخۀ کار کنترل کننده .. 140شکل  ‏6.11- مقایسۀ پاسخهای کنترل کنندههای فازی تطبیقی و PI در حضور بار بزرگتر: (a) ولتاژ خروجی؛ (b) خطای ولتاژ؛ (c) جریان سلف؛ (d) چرخۀ کار کنترل کننده .. 141شکل  ‏6.12- مقایسۀ پاسخهای کنترل کنندههای فازی تطبیقی و PI با تغییر اندازۀ سلف: (a) ولتاژ خروجی؛ (b) خطای ولتاژ؛ (c) جریان سلف؛ (d) چرخۀ کار کنترل کننده .. 142شکل  ‏6.13- مقایسۀ پاسخهای کنترل کنندههای فازی تطبیقی و PI با تغییر اندازۀ خازن: (a) ولتاژ خروجی؛ (b) خطای ولتاژ؛ (c) جریان سلف؛ (d) چرخۀ کار کنترل کننده .. 143شکل  ‏6.14- شمای کنترل تطبیقی باس DC.. 145شکل  ‏6.15- شمای کنترل کنندۀ PI سری شده 146شکل  ‏6.16- کنترل باس DC در شرایط نامی و ولتاژ تغذیۀ ثابت : (a) جریان اینورتر io ؛ (b) ولتاژ باس VDC؛ (c) جریان منبع is ؛ (d) چرخۀ کار کنترل کننده ؛ (e) تخمین پارامتر تطبیقی .. 147شکل  ‏6.17- کنترل باس DC در شرایط نامی و ولتاژ تغذیۀ سینوسی : (a) جریان اینورتر io ؛ (b) ولتاژ باس VDC؛ (c) جریان منبع is ؛ (d) چرخۀ کار کنترل کننده ؛ (e) تخمین پارامتر تطبیقی .. 148شکل  ‏6.18- پاسخ سیستم برآورد SOC بر اساس رؤیتگر با مقادیر نامی: (a) ولتاژ باطری Vb؛ (b) جریان باطری Ib؛ (c) خطای تخمین ولتاژ باطری e؛ (d) خطای تخمین SOC. 152شکل  ‏6.19- پاسخ سیستم برآورد SOC بر اساس رؤیتگر با اندازۀ خازن 10 برابر بزرگتر: (a) ولتاژ باطری Vb؛ (b) جریان باطری Ib؛ (c) خطای تخمین ولتاژ باطری e؛ (d) خطای تخمین SOC. 153شکل  ‏6.20- پاسخ سیستم برآورد SOC بر اساس رؤیتگر با امپدانس 2 برابر بزرگتر: (a) ولتاژ باطری Vb؛ (b) جریان باطری Ib؛ (c) خطای تخمین ولتاژ باطری e؛ (d) خطای تخمین SOC. 154شکل  ‏6.21- مدار معادل مبدل باک... 159شکل  ‏6.22- شمای کنترل مبدل.. 159شکل  ‏6.23- پاسخ سیستم SOC تطبیقی: (a) ولتاژ معکوس کننده ؛ (b) چرخۀ کار ؛ (c) ولتاژ باطری ؛ (d) جریان باطری ؛ (e) خطای تخمین ولتاژ باطری ؛ (f) ولتاژ تخمینی مدار باز . 160شکل  ‏6.24- بلوک دیاگرام شماتیک سیستم کنترل نظارت فازی برای مدیریت انرژی.. 163شکل  ‏6.25- تابع عضویت فازی ورودی برای n=3. 165شکل  ‏6.26- پاسخ سیستم مدیریتی فازی تحت توان وروی  : (a) ولتاژ باس DC ، ؛ (b) جریان باطریها ؛ (c) چرخههای کار ؛ (d) حالت شارژ  ؛ (e) و پارامتر سیستم 167

فصل 1- مقدمه

روش­های طراحی کنترل کننده برای سیستم­های غیرخطی را می­توان به سه دسته تقسیم کرد. روش اول شامل خطی سازی سیتم­های غیرخطی حول نقطۀ کار است [1]. در این حالت قوانین کنترل کلاسیک برای سیستم­های تقریبی استفاده می­شود. با وجود سادگی این قوانین سیستم کنترل به صورت کلی کارایی تضمین شده­ای ندارد. روش دوم طراحی کنترل کننده بر اساس دینامیک سیستم­های غیر خطی است. در این روش خصوصیات سیستم­های غیر خطی حفظ می­شود، که همین امر به دلیل وجود دینامیک پیچیدۀ این سیستم­ها طراحی را بسیار سخت می­کند [2]. علاوه بر این، روش­های فوق، از مدل­سازی ریاضی دقیقی بهره می­برند که در حالت تئوری کارایی بسیار خوبی دارد، اما در عمل به علل مختلفی از جمله تغییر در شرایط عملیاتی، عدم قطعیت­های دینامیک اعم از ساختار یافته و ساختار نیافته، و اغتشاشات خارجی، دچار افت عملکردی می­شوند. در حقیقت به دست آوردن یک مدل ریاضی دقیق برای فرآیندهای سیستم­های پیچیدۀ صنعتی بسیار سخت است. به علاوه عوامل دیگری هم وجود دارند که قابل پیش­بینی نیستند، مانند اغتشاش، دما، تغییرات پارامترهای سیستم و غیره. بنابراین دینامیک سیستم را نمی­توان فقط بر اساس مدل احتمالاً دقیق ریاضی بیان کرد. روش سوم کنترل کننده­های غیر خطی را توسط ابزار محاسباتی هوشمند از جمله شبکه­های عصبی مصنوعی[1] (ANNs) و سیستم­های منطق فازی[2] (FLSs) پیاده­سازی می­کند [3-8]. این تکنیک­ها در بسیاری از کاربردهایشان به خوبی نتیجه داده­اند و به عنوان ابزاری قدرتمند توانسته­اند مقاومت بالایی را برای سیستم­هایی که به لحاظ ریاضی خوش تعریف نبوده و در معرض عدم قطعیت قرار گرفته­اند، ایجاد کنند [9,10]. تئوری تقریب عمومی[3] عامل اصلی افزایش استفادۀ اینگونه مدل­ها است و بیان می­دارد که با این روش­ها به لحاظ تئوریک قادر به تخمین هر تابع حقیقی و پیوسته­ای با دقت دلخواه هستند. مدل­های مختلف شبکه­های عصبی مصنوعی و منطق فازی برای حل بسیاری از مشکلات پیچیده به کار می­روند و نتایج نیز عموماً مطلوب است [11-14]، و می­توان به این نکته معترف بود که این روش­ها جایگزینی بر روش‌های کنترلی معمولی و کلاسیک خواهند بود. به عنوان نمونه­ای از قدرت­نمایی و کاربرد هوش مصنوعی می­توان به طراحی کنترل کننده­هایی برای فضاپیماها و ماهواره­ها اشاره کرد که مثالی از آن را در [15] آورده شده است. 

1-1-     پیشینۀ پژوهشی

در ادامۀ بررسی پیشینۀ پژوهشی در موضوع تحقیق به بررسی کارهای انجام شده به صورت گزینشی و خلاصه می­پردازیم:شاید یکی از قدیمی­ترین طراحی­ها برای سیستم­های ناشناخته که با موفقیت همراه بود در مقاله­ای که در [27] آورده شده است، ارائه گشته است. این طراحی توسط Gregory C. Chow در سال1973 برای سیستم­های خطی با پارامترهای نامشخص و بر اساس تئوری کنترل بهینه صورت گرفته و به لحاظ تئوری نتایج مطلوبی را از خود نشان داده است. طراحی فوق فقط برای سیستم­های خطی جواب­گو بود و در عالم واقع و در عمل کاربرد چندانی نداشت اما زیر بنای طراحی­های جدید و بهتر را بنا نهاد.بعد از سال 73 و در تلاش برای طراحی برای سیستم­های ناشناختۀ غیرخطی مقالات، پایان نامه ­ها و کتب زیادی منتشر شد که اگر بخواهیم به همۀ آنها اشارۀ کوچکی هم داشته باشیم فرصت زیادی را می­طلبد. در اینجا با توجه به امکانات و منابع موجود و به ترتیب تاریخ انتشار مواردی را در حد اشاره­ای مختصر و بیان کلی نقاط ضعف و قوت بیان می­کنیم.در ابتدا می­توان به رسالۀ دکتری آقای Moon Ki Kim از دانشگاه ایلینویز شیکاگو [28] اشاره کرد، که در آن زمان (1991) استراتژی جدیدی را در صنعت ماشین­سازی مورد بررسی و تحقیق قرار داد. کار او روش جدیدی در طراحی سیستم­های کنترل به نام کنترل­کنندۀ فازی تطبیقی (AFC)[4] بود که با توجه به قدمت آن مزایا و معایب کار تا حدود زیادی مشخص است و نیازی به توضیح اضافه نیست.کارهای مشابه زیادی تا سال 2006 انجام گرفت که از توضیح در مورد آنها اجتناب می­کنیم و فقط چند نمونه را به عنوان مثال برای بررسی علاقه­مندان در مراجع می­آوریم [29-35].منابع اصلی ما که در حقیقت معیارهای عملکردی و مقایسه­ای برای ما محسوب می­شوند از سال 2007 به بعد خصوصاً 3 سال اخیر هستند که چند مورد از آن­ها را با بیان مزایا و معایبشان به اختصار بیان می­کنیم.
  1. اولین مورد، مقاله­ای است که در سال 2007 به چاپ رسیده است [47]. در این مقاله به کمک قوانین فازی و ترکیب آن با کنترل تطبیقی کنترل کننده­ای برای ردگیری خروجی سیستم MIMO با دینامیک نامشخص طراحی شده است. ایدۀ اصلی این کار رفع مشکل ردگیری این سیستم­ها در حالت بلوک­_مثلثی بوده است. مشکل مشخص نبودن تابع تبدیل به دلیل غیرخطی بودن به کمک منطق فازی تا حدودی کم اثر شده و تقریب مناسبی صورت گرفته است. با استفاده از روش طراحی پس­گام، کنترل کنندۀ تطبیقی فازی برای سیستم­های غیرخطی MIMO قابل اجرا شده است. در این طراحی تعقیب ورودی از سوی خروجی در حالت حلقه بسته تضمین شده است. این روش با توجه به استفاده از فازی تا حدودی ار پیچیدگی­های ریاضی مساله کاسته اما با این وجود با استفاده از فازی نوع دوم و شبکه­های عصبی باز هم می­توان آن را ساده­تر کرد ضمناً برای تضمین پایداری سیستم می­توان از روش لیپانوف و . . . استفاده نمود.
  2. دومین مورد مقاله­ایست که در سال 2008 در مجلۀ بین­المللی Information & Mathematic Science به چاپ رسیده است[48]. در این مقاله می­توان گفت مطلبی را که ما در بالا در مورد مقالۀ قبلی بیان کردیم، مد نظر قرار گرفته شده و به کمک فازی نوع دوم ساده­سازی به حد مطلوب رسیده و به کمک تکنیک لیاپانوف پایداری هم تضمین شده است. نتایج شبیه­سازی نیز بیان­گر تاثیر کنترل کنندۀ تطبیقی بر کارایی کل سیستم می­باشند. شاید ایرادی که بتوان به این طراحی وارد دانست این باشد که این کنترل کننده در سیستم­ها با تأخیر زمانی به خوبی عمل نمی­کند. که در مورد بعدی راه حل این مشکل هم تا حدودی بیان شده است.
  • در سال 2009 مقاله­ای منتشر شد که به کمک کنترل تطبیقی کنترل کننده­ای را در آن طراحی کرده بودند که عمل ردگیری را در سیستم­های غیرخطی ناشناخته که دارای تأخیر طولانی هستند را به خوبی انجام می­داد [48]. این طراحی توانست که به خوبی خطای حالت ماندگار را نیز کاهش دهد. اما مشکل این کار در مواجهه با سیستم­های پیچیده آشکار می­شد. شاید دلیل آن هم ناتوانی این روش در ساده­سازی ریاضی سیستم باشد.
  1. حضور و تأثیر توأم شبکه­های عصبی، منطق فازی و کنترل تطبیقی (ANFIS)[5] به خوبی نقش خود را در کنترل سرعت موتور القایی در مقاله­ای که در سال 2010 به چاپ رسید [49] نشان می­دهد. این ترکیب از کنترل کننده­ها به قدری مفید واقع شده که تولباکسی در Matlab به همین نام موجود است. به این نحوه که با تنظیم خودبه­خودی پارامترهای سیستم و انتخاب بهینه­ترین حالت از نظر خود با در نظر گرفتن خروجی­های سیستم کارایی بسیار مناسبی را نیز به دست می­دهد. این مقاله علاوه بر این می­تواند منبع آموزشی مناسبی برای علاقه­مندان باشد. سادگی ریاضی، کارایی مناسب، سرعت عمل و دقت خوب از ویژگی­های این نوع طراحی است. اما شاید بتوان گفت که تنها موردی که برای این نوع طراحی ایراد محسوب می­شود این است که سیستم در کاربردهای متنوع ممکن است در انتخاب بهینه­ترین حالت دچار مشکل شود. راه حل مستقیمی برای این مشکل وجود ندارد ولی با استفاده از تئوری کنترل بهینه و با صرف کمی خلاقیت ریاضی به بهای پیچیدگی کمی بیشتر، این نقیصه به راحتی قابل رفع است.
از سال 2010 به بعد کارهای جدی­تری و البته در کاربردهای خاص در این زمینه انجام گرفته و هر کدام نیز نتایج خوبی را به دست داده­اند. بعضی از تحقیقات نیز جنبۀ کلی­تری داشتند که بررسی آن­ها می­تواند در این پایان نامه کمک حال ما باشد. در ادامه به چند مورد به اختصار اشاره کرئه و توضیحات تکمیلی و تحلیلی را به آینده و متن اصلی پایان نامه واگذار می‌کنیم.
  • مقالۀ اول در سال 2011 به چاپ رسیده و طراحی کنترل کنندۀ تطبیقی را برای سیستم­های T-S فازی با پارامترهای نامعلوم و خطای عملیاتی را بیان می­کند [51].
  • مورد بعدی و در سال 2012 طراحی کنترل کنندۀ تطبیقی برای سیستم­های غیرخطی است که در آن تابع تبدیل سیستم به کمک منطق فازی تقریب زده شده است [52].
  • و مقالۀ بعدی استفاده از تکنیک کنترل تطبیقی مقاوم در طراحی برای سیستم­های غیرخطی نامعلوم است که بیانی کلی از این طراحی را به خوبی آورده است و می­تواند منبع تحقیقی مناسبی باشد. این مقاله نیز در سال 2012 به چاپ رسیده است [53].
مقالات و پایان نامه ­های دیگری هم هستند که در این زمینه اشاراتی دارند اما موارد مذکور شاید در نوع خود به لحاظ ارتباط با موضوع تحقیق ما نزدیکتر و قابل حصول­تر باشند. اما در اگر آینده نیز منبع مناسب دیگری را هم به دست بیاوریم در به کارگیری و تحلیل آن و استفاده در بهبود کار خود درنگ نخواهیم کرد.تعداد صفحه :208قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید