پایان نامه ها

کنترل لغزشی فازی تطبیقی جدید یک سامانه مکانیکی زیر تحریک با بكارگيري مشاهده گر

دانشكده آموزشهای الکترونيکی
پايان نامه كارشناسي ارشد در رشته مهندسی برق – کنترل
کنترل لغزشی فازی تطبیقی جدید یک سامانه مکانیکی زیر تحریک با بكارگيري مشاهده گر
توسط:
ایمان لولیایی
استاد راهنما:
دكتر وحید جوهری مجد
اسفند ماه ۱۳۸9

به نام خدا
اظهارنامه
اينجانب ايمان لوليايي (878232) دانشجوی رشته مهندسی برق گرايش کنترل دانشکده آموزشهای الکترونيکی، اظهار ميکنم که اين پاياننامه حاصل پژوهش خودم بوده و در جاهايي که از منابع ديگران استفاده کرده ام، نشانی دقيق و مشخصات کامل آنرا نوشته ام. همچنين اظهار ميکنم که تحقيق و موضوع پايان نامه ام تکراری نيست و تعهد مينمايم که بدون مجوز دانشگاه دستاوردهای آنرا منتشر ننموده و يا در اختيار غير قرار ندهم. کليه حقوق اين اثر مطابق با آيين نامه مالکيت فکری و معنوی متعلق به دانشگاه شيراز است.

نام و نام خانوادگی:
تاريخ و امضا:
centercenterتقديم به:
پدر و مادر عزيزم
سپاسگزاری
اگر امروز توانسته ام در راهی قدم بردارم که هميشه به دنبال آن بوده ام، حاصل لطف بيکران الهی و پس از آن پدر و مادری دلسوز و مهربان است که در تمام دوران زندگی و تحصيل، مشوق و حامی بنده بوده و هستند.
اساتيد گرانقدر، جناب دكتر جوهری مجد، دکتر كريم آقايي، دکتر روستا از اينكه دانش خود را در اختيار بنده قرار داديد، سپاسگزارم.

ايمان لوليايي
اسفند ‌ماه 1389.
چكيده
هدف در اين گزارش، طراحی يک کنترلگر مقاوم برای دسته خاصی از سامانه ها ميباشد که بتوان از آن در سامانه های غير خطی و دارای عدم قطعيت های زياد هستند استفاده کرد. برای رسيدن به اين مطلب، به توضيحاتی پيرامون کنترلگر های لغزشی پرداخته شده و مزايا و معايب آنها مورد بحث قرار گرفته است، همچنين روشهايي را که برای برطرف و يا کم کردن اثر اين معايب در گذشته معرفی گرديده، در طول گزارش بيان شده است. از جمله روشهای غلبه بر مشکلات کنترلگر لغزشی، استفاده از سيستمهای فازی در اين نوع روش کنترل ميباشد. البته استفاده از سيستمهای فازی به روشهای متفاوتی ميتواند انجام گيرد که بطور اختصار به آنها پرداخته شده است. کنترلگر حاصله را کنترلگر لغزشی فازی مينامند. همچنين مشاهده گرديد که در بسياری از سامانه ها امکان معين کردن تمامی حالتهای سامانه امکانپذير نميباشد، لذا استفاده از روئيتگر حالت برای بهتر کردن عملکرد سامانه لازم است. پس از آشنايي کلی با انواع کنترلگر لغزشی فازی تطبيقی، به معرفی يک کنترلگر لغزشی فازی تطبيقی جديد که با استفاده از ترکيب کنترلگرهای قبلا ارائه شده تشکيل يافته است، پرداخته ايم. در واقع، از محاسن روشهای قبلا معرفی شده در اين روش جديد بطور يکجا استفاده شده است.
از اين کنترلگر در يک سامانه مکانيکی زير تحريک (کشتی) مدل شده، استفاده کرده و نتايج را درفصل شبيه سازی ارائه گرديده است.
كليد واژه: سامانه های غير خطی، کنترل غير خطی، کنترل لغزشی فازی تطبيقی، روئيتگر، سامانه های زير تحريک.
فهرست مطالب
عنوانصفحه
TOC o “1-4” h z uفهرست علايم و نشانه‌ها PAGEREF _Toc285308311 h ‌كفهرست شكل‌‌ها PAGEREF _Toc285308312 h ‌لفصل 1-مقدمه…….. PAGEREF _Toc285308313 h 11-1-پيشگفتار PAGEREF _Toc285308314 h 11-2-انگيزه:….. PAGEREF _Toc285308315 h 71-3-اهداف:…. PAGEREF _Toc285308316 h 71-4-ساختار گزارش PAGEREF _Toc285308317 h 8فصل 2-پيش نيازهای پژوهشی PAGEREF _Toc285308318 h 92-1-مقدمه….. PAGEREF _Toc285308319 h 92-2-تئوری کنترل لغزشی: PAGEREF _Toc285308320 h 92-3-کنترل فازی تطبيقی PAGEREF _Toc285308321 h 112-4-کنترل لغزشی فازی تطبيقی PAGEREF _Toc285308322 h 112-4-1-مقدمه PAGEREF _Toc285308323 h 112-4-2-مثالهايی از کاربرد کنترل لغزشی فازی تطبيقی : PAGEREF _Toc285308324 h 122-4-3-بيان مسئله: PAGEREF _Toc285308325 h 172-4-4-استفاده از سامانه فازی برای تخمين قسمتهای نامعلوم سامانه PAGEREF _Toc285308326 h 192-4-4-1-طراحی مشاهده گر حالت وقانون تطبيق PAGEREF _Toc285308327 h 232-4-5-استفاده از سامانه فازی برای برطرف کردن مشکل وزوز PAGEREF _Toc285308328 h 282-4-6-نتيجه گيری PAGEREF _Toc285308329 h 31فصل 3-کنترل لغزشی فازی تطبيقی جديد به همراه مشاهده گر حالت PAGEREF _Toc285308330 h 323-1-مقدمه PAGEREF _Toc285308331 h 323-2-بيان مسئله PAGEREF _Toc285308332 h 323-3-طراحی کنترلگر PAGEREF _Toc285308333 h 343-3-1-طراحی تخمينگر فازی به منظور تخمين پارامترهای نا معلوم fx,t , g(x,t) (سامانه فازی اول) PAGEREF _Toc285308334 h 353-3-2-طراحی تخمينگر فازی به منظور برطرف کردن وزوز ( سامانه فازی دوم) PAGEREF _Toc285308335 h 373-3-3-طراحی مشاهده گر و قانون تطبيق PAGEREF _Toc285308336 h 383-3-4-بازنويسی روابط سامانه های فازی(1و2) با در نظر گرفتن مشاهده گر حالت PAGEREF _Toc285308337 h 403-4-برسی پايداری PAGEREF _Toc285308338 h 433-5-نتيجه گيری PAGEREF _Toc285308339 h 44فصل 4-مطالعه موردی و شبيه سازی PAGEREF _Toc285308340 h 454-1-مقدمه….. PAGEREF _Toc285308341 h 454-2-مدل رياضی بر اساس قوانين فيزيکی PAGEREF _Toc285308342 h 474-3-نتيجه گيری PAGEREF _Toc285308343 h 63فصل 5-نتيجه…. PAGEREF _Toc285308344 h 64فهرست مراجع PAGEREF _Toc285308345 h 66واژه نامه‌ انگليسي به فارسي PAGEREF _Toc285308346 h 72فهرست علايم و نشانه‌هاعنوان علامت اختصاري
حالتها(states)
سيگنال کنترل
ورودي اغتشاش خارجي
سطح لغزش
ترمهای نامعلوم سامانه
تخمين ترمهای نامعلوم سامانه fx θf , gx θgتابع لياپانوف
فهرست شكل‌‌هاعنوان صفحه
TOC h z c “شکل” شکل ‏21: AFSMC with nonlinear sys– for aproximate fx θf , gx θg PAGEREF _Toc286258426 h 27شکل ‏22::AFSMC with nonlinear sys– for aproximate ufs PAGEREF _Toc286258427 h 31شکل ‏31: AFSMC with nonlinear sys– for aproximate fx θf , gx θg, ufs PAGEREF _Toc286258428 h 42شکل ‏41. نمايش شش درجه آزادی بر روی يک شناور. PAGEREF _Toc286258429 h 48شکل ‏42. مختصات و متغيرهايی که در عمل مدل کردن استفاده ميشوند. PAGEREF _Toc286258430 h 48شکل ‏43: : رديابی سيگنال دلخواه، برای سناريوی 1 با کنترلگر قديمی برای تخمين ترمهای نامعلوم. PAGEREF _Toc286258431 h 57شکل ‏44: سيگنال کنترل و سيگنال خطا برای رديابی سيگنال دلخواه، برای سناريوی 1 با کنترلگر قديمی برای تخمين ترمهای نامعلوم. PAGEREF _Toc286258432 h 57شکل ‏45: سيگنال کنترل و سيگنال خطا برای رديابی سيگنال دلخواه، برای سناريوی 2 با کنترلگر قديمی برای تخمين ترمهای نامعلوم. PAGEREF _Toc286258433 h 58شکل ‏46: رديابی سيگنال دلخواه، برای سناريوی 2 با کنترلگر قديمی برای تخمين ترمهای نامعلوم. PAGEREF _Toc286258434 h 58شکل ‏47: رديابی سيگنال دلخواه، برای سناريوی 1 با کنترلگر قديمی برای حذف وزوز. PAGEREF _Toc286258435 h 59شکل ‏48: سيگنال کنترل و سيگنال خطا برای رديابی سيگنال دلخواه، برای سناريوی 1 با کنترلگر قديمی برای حذف وزوز. PAGEREF _Toc286258436 h 59شکل ‏49: رديابی سيگنال دلخواه، برای سناريوی 2 با کنترلگر قديمی برای حذف وزوز. PAGEREF _Toc286258437 h 60شکل ‏410: : سيگنال کنترل و سيگنال خطا برای رديابی سيگنال دلخواه، برای سناريوی 2 با کنترلگر قديمی برای حذف وزوز. PAGEREF _Toc286258438 h 60شکل ‏411: سيگنال کنترل و سيگنال خطا برای رديابی سيگنال دلخواه، برای سناريوی 1 با کنترلگر جديد. PAGEREF _Toc286258439 h 61شکل ‏412: رديابی سيگنال دلخواه، برای سناريوی 1 با کنترلگر جديد. PAGEREF _Toc286258440 h 61شکل ‏413: رديابی سيگنال دلخواه، برای سناريوی 2 با کنترلگر جديد. PAGEREF _Toc286258441 h 62شکل ‏414: سيگنال کنترل و سيگنال خطا برای رديابی سيگنال دلخواه، برای سناريوی 2 با کنترلگر جديد. PAGEREF _Toc286258442 h 62
مقدمهپيشگفتاردر دهه های گذشته شاهد افزايش تلاش برای کنترل سامانه های مکانيکی زير تحريک بوده ايم. سامانه های مکانيکی زير تحريک، سامانه هايی هستند که تعداد درجات آزادی در آنها از تعداد محرکها بيشتر است بطور مثال يک و يا چند درجه آزادی آنها بطور مستقيم قابل کنترل نيستند. از اين نوع سامانه های مکانيکی در عمل بسيار زياد يافت ميشوند، مانند: شناورها، فضاپييماها، زيردريايی ها ، هليکوپترها ،… .
برای برسی مسائل سامانه های زير تحريک به تحليل روابط غير خطی نيازمند هستيم زيرا با استفاده از روشهای کنترل خطی، با مشکل عدم پايداری مواجه خواهيم شد و همچنين مسئله کنترل رديابی نيز بر مشکل فوق اضافه خواهد شد.
بسياری از سامانه های مکانيکی زير تحريک، توابعی از قيود غير هولونوميک (سامانه های غير هولونوميک نوع خاصی از سامانه های غير خطی هستند) ميباشند. در مکانيک کلاسيک، اين قيود بصورت قيود خطی از نوع ∅qq=0 معرفی ميشوند و با q نمايش داده شده و هيچکدام از آنها انتگرال پذير نيستند[73] . قيود غير هولونوميک به دو دسته تقسيم ميشوند: قيود درجه يک و قيود درجه دو.
قيود مرتبه اول به شکل تابعی از قيد و مشتق قيد(سرعت قيود)معرفی ميشود که البته هيچکدام انتگرال پذير نيستند. ∅q,q=0قيود مرتبه دوم به شکل تابعی از قيد و مشتق قيد (سرعت آنها ) و مشتق دوم قيد (شتاب آنها) معرفی ميشود که البته هيچکدام انتگرال پذير نيستند. ∅q,q,q=0قيود مرتبه اول و دوم معمولا در زمان حرکات خاص سامانه بر روی آنها اعمال ميشود. قيود مرتبه اول و يا محدوديتهای سرعت، معمولا در سامانه های رباتهای چرخدار خاص، مانند يک تريلر به همراه يدک آن، مشاهده ميشود. قيود مرتبه دوم و يا محدوديتهای شتاب معمولا در سامانه هايی چون، شناورها، زيردريايی ها، فضاپيماها و رباتهای فضايی مشاهده ميشود.
در اين پاياننامه تمرکز برروی سامانه های دارای قيود مرتبه دوم ميباشد.
همانطور که اشاره شد، شناورها زيرمجموعه ايی از سامانه های مکانيکی زير تحريک ميباشند. دليل اينکه شناور ها را زير تحريک مينامند اين است که تعداد محرکهای آن کمتر از تعداد درجات آزادی باشد. برای مثال يک کشتی اقيانوس پيمای امروزی را در نظر بگيريد. اين کشتی دارای يک پروانه (محرک1) و يک سکان (محرک2) ميباشد، در عين حال، حرکت اين کشتی بايد توسط بردارهای جلو و کناره ها و جهت حرکت کنترل شود (سه درجه آزادی). مشاهده ميشود که در اين کشتی دو محرک وجود دارد و بايد با استفاده از اين دو محرک سه کميت را کنترل کرد. بنابراين با يک سامانه زيرتحريک مواجه هستيم.
با بيان توضيحات اشاره شده، در اين پاياننامه مسئله کنترل يک شناور اثر سطحی را مورد برسی قرار ميدهيم.
کنترل خودکار کردن کشتی ها از زمانهای قديم مورد خواست شرکتهای کشتی سازی بوده است. طبق آمار موجود اولين سامانه هدايت خودکار کشتی بر پايه دستگاهی به نام جايروکامپس ساخته شده. اين سامانه هدايت اولين جايرو پايلوت ساخته شده بود که در سال 1922و مورد استفاده قرار گرفته بود. پس از آن کنترل خودکار های ابتدايی توسط کنترلگرهای پی آی دی ساخته شد. عيب آنها اين بود که فقط در اطراف نقطه کار طراحی شده، عملکرد خوبی داشتند. همچنين هيچکدام از آنها در مقابل تغييرات پارامترها و همينطور عدم قطعيت های مدل، مقاوم نبودند، زيرا روش خطی سازی برگشتی نيازمند دارا بودن اطلاعات دقيقی از سامانه ها و پارامترها ميبود.
از آنجا که بسياری از سامانه های ديناميکی که بايستی کنترل شوند پارامترهای نامعلوم دارند که يا نامعلومند و يا به آهستگی تغيير ميکنند، کنترل تطبيقی يک روش مناسب برای کنترل اينچنين سامانه ها است. تحقيقات در زمينه کنترل تطبيقی در اوايل دهه 1950، درباره طراحی خلبان خودکار در هواپيماهای با عملکرد برجسته، که در محدوده وسيعی از سرعت و ارتفاع کار ميکنند و لذا با تغييرات زياد پارامترها مواجه اند آغاز شد.کنترل تطبيقی به عنوان يک روش برای تنظيم خودکار پارامترهای کنترل کننده سامانه هايی که ديناميک آنها با تغييرات زياد روبرو است پيشنهاد شد [].
همچنين، عدم دقت در مدلسازی ميتواند اثرات نامطلوب شديدی بر سامانه های غير خطی بگذارد، بايد در هر طراحی عملی آنها را صريحا مورد نظر قرار داد. دو روش اصلی و مکمل برای مقابله با عدم قطعيتهای مدل، استفاده از کنترل مقاوم و کنترل تطبيقی ميباشد. پس از آن برای هدايت خودکار کشتی استفاده از روشهای کنترل ال کيو جی و کنترل اچ اينفينيتی پيشنهاد داده شد[] , [].
در سال 1980، محققان توانستند با روشهای کنترل پيشرفته مانند کنترل تطبيقی شبکه های عصبی، هدايت خودکار را طراحی کنند [] .
در سال 2001، الگوريتم کنترل غير خطی تطبيقی مقاوم برای هدايت خودکار کشتی معرفی شد. البته در آن فرضياتی وجود داشت که باعث مشکلاتی ميشد[].
در سال 2001، برای مسئله رديابی خودکار کشتيها، استفاده از روش فازی تطبيقی پيشنهاد شد [].
در سال 2004، هدايت خودکار تطبيقی غير خطی بهبوديافته ايی طراحی شدکه با فرض دارا بودن پارامترهای ثابت برای هدايت کشتی دارای عدم قطعيت، مفيد بود[].
در سال 2006، برای کنترل خودکار کشتيها، استفاده از کنترل فازی و اچ اينفينيتی پيشنهاد داده شد[].
تمام روشهای کنترلی که تا اينجا معرفی شدند، هر يک دارای نقاط قوت و يا نقاط ضعفی نسبت به يکديگر ميباشند. برای مثال در برخی، مسئله رديابی به خوبی انجام ميگيرد اما در برابر اغتشاشات زياد محيطی دارای پايداری لازم نيستند و يا اينکه سرعت عکس العمل خوبی در برابر تغيير مقدار ورودی مرجع ندارند.
کنترل لغزشی يکی از موثرترين

متن کامل پایان نامه ها در 40y.ir

دیدگاهتان را بنویسید

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