پایان نامه ها

روشهای کنترل مقاوم غير خطی برای رويارويی با سامانه های دارای مشخصاتی چون، عدم قطعيت در مدل و وجود پارامترهای دارای تغييرات زياد ميباشد[,]. طرح کنترل کننده لغزشی روشی مقاوم برای مسئله حفظ پايداری وعملکرد يکنواخت در مقابل بی دقتيهای مدلسازی است. اما اين روش دارای معايبی نيز ميباشد، يکی از معايب کنترل لغزشی ايجاد پديده وزوز برروی سطح لغزشی طراحی شده ميباشد. برای برطرف کردن اين پديده ميتوان از روشهايی مانند تخمين اشباع [] و يا کنترل لغزشی انتگرالی[] ويا تکنيک لايه مرزی[11] برای بهبود بخشيدن به عمل کنترل استفاده کرد.
اگر عدم قطعيت در مدل زياد باشد، کنترل لغزشی نياز به يک لايه ضخيم دارد که اين امر باعث ايجاد لرزش بزرگتر ميشود. اگر ضخامت اين لايه مرتبا افزايش يابد، به همان اندازه مزايای کنترل لغزشی کم ميشود و به سمت يک سامانه بدون مد لغزشی ميرويم. برای غلبه بر مشکل فوق ميتوان از کنترلگرهای فازی برای تخمين مقدار تابع نامعلوم کنترل کننده مد لغزشی استفاده کرد. در واقع، تخمين ترمهای نامعلوم توسط سامانه های فازی باعث عملکرد مطلوب کل سامانه ميگردد، البته اين روش تا به حال به روشهای گوناگون معرفی شده است که بسته به هدف مورد نظر، از روشی خاص بهره جسته اند. []و][
استفاده از سيستم های فازی به همراه کنترل لغزشی به منظورهای متفاوتی انجام ميشود که يکی از آنها برای حذف اثر وزوز ميباشد، يک مورد ديگر استفاده از سامانه های فازی در کنترل لغزشی به منظور تخمين ترمهای نامعلوم سامانه تحت کنترل ميباشد که در فصول آينده به طور کامل مورد برسی قرار خواهد گرفت.
کنترل فازی بدليل مزايايی که دارد به کرات در مقالات مورد بحث قرار گرفته است]وو[. مزيت اصلی اين کنترل نسبت به کنترلهای متعارف اين است که در اين روش نيازی به مدل رياضی دقيق نيست و عمل کنترل برای سامانه هايی که مدل کردن آنها کار مشکلی است ميتواند بازده ايي خوبی داشته باشد.
طبق مطالب اشاره شده، جهت بهبود مقاومت در کنترل فازی، مطالعات، تحقيقات و فعاليتهای زيادی انجام شده است که يکی از نتايج حاصل شده از اين تحقيقات، استفاده از کنترل کننده لغزشی فازی ميباشد[13,14]. کنترل لغزشی فازی ترکيبی از کنترل فازی و کنترل لغزشی است. کنترل لغزشی فازی يک روش کنترل بسيار مقاوم در مقابل بی دقتی های مدل و اغتشاشات خارجی ميباشد. همانطور که ذکر شد، از بين بردن لرزش در لايه مرزی، يکی از مزايای استفاده از کنترل لغزشی فازی نسبت به کنترل لغزشی ميباشد.
کنترل کننده لغزشی فازی ترکيبی است از کنترل فازی و کنترل لغزشی، بطوری که قدرت کنترلگر در مقابل عدم قطعيت مدل و اغتشاش خارجی حفظ شود.
از آنجايی که مشخص کردن پارامترها از اهميت بسيار بالايی در طراحی کنترلگر برخوردار است و باعث بهبود رفتار سامانه ميشود، برای عملکرد بالای پارامترها از الگوريتم تطبيق استفاده شده],-,ووو[وو[و در نتيجه ساختار کنترلی جديد را کنترل کننده لغزشی فازی تطبيقینام نهادند]-[.
مراحل طراحی را ميتوان به شکل زير بيان کرد: در ابتدا مدل فازی اوليه ايی برای بيان مشخصات ديناميکی سامانه تحت کنترل ساخته ميشود، بر اساس اين مدلهای فازی و برای دستيابی به اهداف کنترلی، کنترلگر لغزشی فازی طراحی ميشود. سپس قوانين تطبيق برای تنظيم پارامترهای قابل تنظيم مدلهای فازی طراحی ميشود و در نهايت توسط تئوری لياپانوف، پايداری کل سامانه برسی ميشود.
قانون تطبيق برای کنترل کننده لغزشی فازی تطبيقی ،تابعی از بردار خطای رديابی است].[. بدين معنی که قوانين تطبيق تنها خطاهای پارامتر مدل فازی را از طريق نفوذ بر بردار خطای رديابی برگشت ميدهد. بنابراين قوانين تطبيق در کنترل کننده لغزشی فازی تطبيقی، پارامترهای مدل فازی سامانه را تنظيم ميکند، سپس کنترلگر، بردار خطای رديابی را به سمت صفر هدايت کند[] , [] , []. حتی با وجود بردار خطای رديابی به سمت صفر ميرود.
البته برای جبران خطای خطای مدلينگ، نياز به سيگنالهای بزرگ کنترلگر برای رسيدن به اهداف کنترلی ميباشد که اين امر باعث بوجود آمدن پديده وزوز ميشود.
معمولا طراحی کنترلگر لغزشی فازی با فرض وجود تمامی حالتهای قابل اندازه گيری سامانه طراحی ميشوند و قوانين تطبيق بر اساس بردار خطای رديابی سامانه، طراحی ميشود[18-37]. اما در بسياری موارد تمامی حالتهای سامانه تحت کنترل در دسترس نميباشند و در نتيجه قوانين تطبيق به سختی محقق ميشوند، بنابراين بردار خطای رديابی نميتواند صفر شود.
برای برسی رفتار سامانه های غير خطی که در آنها تمامی حالتها قابل اندازه گيری نميباشند، مطالعات فراوانی صورت گرفته است، يکی از نتايج اين تحقيقات، معرفی کنترل فازی بر اساس مشاهده گر است]-[. در اين ساختار کنترل، ابتدا مشاهده گر، بردار خطای رديابی را تخمين ميزند و سپس يک تابع لياپانوف حقيقی اکيدا مثبت را انتخاب کرده و بعد از آن قوانين تطبيق طراحی ميشوند [41-45].
همانطور که ذکر شد، برای سامانه های غير خطی، طراحی مشاهده گر برای تخمين تمامی متغيرهای حالت، يک مشکل چالش انگيز ميباشد. مشاهده گر های غير خطی از طرق مختلف و با توجه به رفتارهای ذاتی ديناميکهای غير خطی آنها طراحی میشوند.
با استفاده از مشاهده گرهای غير خطی، ميتوان بر مشکلاتی از قبيل شرايط محدوديت آور وعدم قطعيت های مدل و عدم مقاومت وتخمين همراه با نويز، غلبه کرد. بايد دقت داشت که اگر سامانه مورد نظر تحت تاثير اغتشاش نيز قرار داشته باشد، مشاهده گر طراحی شده بايد مقاوم باشد.
انگيزه:تعداد قابل ملاحظه ايی از کشتيهايی که امروزه در دنيا استفاده ميشوند تنها دارای يک پروانه و يک سکان ميباشد و همانطور که اشاره شد سيستم فوق يک سامانه زير تحريک ميباشد. البته، در اين سامانه ها ميتوان با اضافه کردن يک محرک به بدنه شناور، آنرا به يک شناور فول محرک تبديل کرد. بطوريکه برای تمام درجات آزادی و يا به زبان ديگر، برای تمام حرکات مورد نياز بصورت مستقيم محرک داشته باشد. اما اين کار برای مصارف معمولی از لحاظ اقتصادی هزينه زيادی دارد.
با اين حال، تمايلات اخير در طراحی شناورها بر اين بوده است که از يک محرک در قسمت سينه کشتی استفاده شود. روش فوق که باعث فول محرک شدن کشتی ميشود در مواردی چون مانور سريع برای پهلو گرفتن در لنگرگاه و راحت تر کردن ارتباط با کشتی کناری، استفاده ميشود.
در سرعت های بالا به دليل سرعت جريان آب عبوری از کنار شناور، محرک فوق اثر خود را از دست داده و عکس العمل بسيار ضعيفی از خود نشان ميدهد.
با اين وجود برای برخی کشتيها که نياز به دقت بالايی دارند، استفاده از محرک مکمل ضروری است.
اهداف:هدف اصلی در اين پايان نامه اين است که يک نمونه سامانه زير تحريک درجه دو (تمرکز بر روی يک شناور اثر سطحی ميباشد) را در نظر گرفته، مدل ديناميک آن را بدست آوريم و سپس با استفاده از دانش روشهايی چون، کنترل لغزشی و کنترل لغزشی فازی و کنترل لغزشی فازی تطبيقی و کنترل لغزشی فازی تطبيقی جديد به همراه مشاهده گر، هدايت کشتی فوق را کنترل کرده و پايداری و رديابی کل سامانه را مورد برسی قرار دهيم.
سپس نتايج هر قسمت را با بخشهای قبل مقايسه کرده و مزايا و معايب استفاده از هر کدام از اين کنترلگر ها را برسی می کنيم. سعی ميشود که نتايج اين پايان نامه با نتايج نهايی يکی از روشهای کنترلی که قبلا برای هدايت کشتيها معرفی شده است، مقايسه و نقاط قدرت وضعف آن برسی شود.
در واقع نوآوری پژوهشی اين پايان نامه، استفاده از يک کنترلگر جديد به همراه مشاهده گر حالت برای هدايت يک سامانه زير تحريک و برسی نتايج حاصله ميباشد. در اينجا بدليل استفاده از کنترل لغزشی، انتظار ميرود بر خلاف مرجع [79] سامانه، دارای پايداری خوبی باشد. همچنين در مراجع [75],[77] ، اغتشاشات وعدم قطعيت های مدل ميتوانند در محدوده خاصی قرار بگيرند تا پايداری سامانه تضمين شود، در حال که در روش فوق اين محدوده ميتواند بسيار بزرگتر باشد.
ساختار گزارشفصل اول شامل مقدمه ايي است بر تاريخچه ايي از کنترلگر ارائه شده و همچنين بر فعاليتهای انجام شده در اين گزارش و مرور کلی بر فصلهای آتی آن.
در فصل دوم که مربوط به پيش نيازهای پژوهشي ميباشد به معرفی کنترلگر لغزشی و برسی معايب آن و چگونگی برطرف کردن آنها پرداخته و يکی از راههای بهبود عملکرد کنترل لغزشی که استفاده از منطق فازی در کنترل لغزشی ميباشد را معرفی کرده و به برسی پيرامون آن و انواع کنترل لغزشی فازی ميپردازيم.
در فصل سوم به طراحی يک کنترلر لغزشی فازی تطبيقی جديد به همراه يک مشاهده گر پرداخته، سپس با استفاده از تئوری پايدار لياپانوف، پايداری را مورد برسی قرار ميدهيم.
در فصل چهارم، به برسی و چگونگی بدست آوردن مدل ديناميکی يک شناور به منظور کنترل و هدايت آن ميپردازيم در اين قسمت با استفاده از قوانين فيزيکی سعی ميکنيم معادله ايی ديناميکی بدست آوريم که مشخص کننده رابطه بين تغييرات سکان کشتی و تغييرات جهت حرکت کشتی باشد، سپس کنترلگر طراحی شده در فصل سه را به سامانه شناور مورد نظر مدل شده، اعمال کرده و در شرايط مختلف که شامل وجود اغتشاش خارجی و همچنين عمل رديابی به شکل های متفاوت ميباشد را مورد آزمايش قرار داده و نتايج شبيه سازی شده را ارائه ميدهيم.
نهايتا در فصل پنجم به نتيجه گيری و مقايسه بين روشها ميپردازيم.
پيش نيازهای پژوهشیمقدمهدر اين فصل به توضيح مختصری پيرامون کنترل ساختار متغير، مد لغزشی و کنترل لغزشی و سپس سامانه های فازی و چگونگی استفاده از سامانه فازی به عنوان کنترل فازی خواهيم پرداخت. در ادامه به اين موضوع اشاره خواهد شد که کنترل لغزشی دارای معايبی ميباشد و برای برطرف کردن و يا حداقل کردن آنها ميتوان از روشهای مختلفی استفاده کرد. يکی از روشهای معرفی شده، استفاده از سامانه های فازی جهت برطرف کردن مشکلات و بهبود بخشيدن به کنترل لغزشی ميباشد. اين درحالی است که، استفاده از سامانه های فازی به طريقهای متفاوت و به منظور بهبود مشخصات مختلف سيستم کنترل، مورد استفاده قرار ميگيرد. در اين فصل به برسی دو نوع کنترل لغزشی فازی ميپردازيم و سپس در فصل بعدی با استفاده از ترکيب و تغييراتی در هر کدام از آنها، يک روش کنترل جديد را معرفی خواهيم کرد.
تئوری کنترل لغزشی:تئوريهاي اوليه و مباني كنترل لغزشي تحت عنوان كنترل ساختار متغير مطرح شده اند كه علت اين نامگذاري، تغيير ساختار اين كنترل كننده در حين فرايند كنترل ميباشد][. يك سامانه ساختار متغير، يك سامانه ديناميكي است كه ساختار آن با توجه به مقدار فعلي بردارهای حالتآن تغيير مي كند. تغييرات اين ساختار هميشه در جهتي انجام مي پذيردكه مقدار يك تابع معين موسوم به سطح نا پيوستگي، به سمت صفر ميل كند. اين سطح ناپيوستگي بايد طوري تعيين شده باشد كه در صورت صفر شدن آن خطاي سامانه به سمت صفر ميل كند. به دليل اينكه تغيير ساختار كنترل كننده، در نهايت منجر به نوسانات كوچكي حول سطح مزبور مي شود، اين كنترل كننده ها به كنترل كننده هاي لغزشي مشهور شده اند و به سطح نا پيوستگي نيز اصطلاحا سطح لغزش گفته مي شود.
يكي از مشكلات عملي اين موضوع، پديده وزوز ناشي از نقص افزارهاي سوئيچينگ و تاخيرهاست][. هنگامي كه يكي از مسيرهاي حالت به سمت سطح لغزش در حركت باشد ابتدا در يك نقطه آن را قطع مي كند، در حالت ايده ال، بايد مسير حالت از همين نقطه لغزش روي سطح را آغاز كند اما در واقعيت تاخيري ميان زمان تغيير علامت متغير حالت و زمان سوئيچينگ كنترل وجود دارد. به هنگام اين تاخير مسير حالت از سطح لغزش گذشته، وارد ناحيه ديگر ميشود. زماني كه كنترل سوئيچ مي كند، مسير حالت جهت خود را به سمت سطح تغيير مي دهد و ديگر بار آن را قطع مي كند. تكرار اين فرايند سبب ايجاد حركتي زيگ زاگ ( نوساني) مطابق شكل زير مي گردد كه به نام وزوز خوانده مي شود.
وزوز موجب كاهش دقت كنترل، تلفات گرمايي فراوان در مدارهاي الكتريكي و ساييده شدن اجزاي متحرك مكانيكي مي گردد. علاوه بر اين ممكن است ديناميك مدل نشده با فركانس بالا را تحريك كند. عملكرد سامانه را تخريب نمايدو يا حتي سبب نا پايداري گردد.
يکی از مشکلات کنترل لغزشی، وجود ترمهای نامعلوم در مدل سامانه ميباشد، عدم قطعيت در عمل مدلينگ باعث وجود ترمهای نامعلوم در مدل ديناميکی سامانه ميشود. در طراحی کنترلگر، اين ترمهای نامعلوم باعث عملکرد ضعيف و راندمان پايين در سامانه ميشوند.
کنترل فازی تطبيقیمعمولا کنترل کننده های فازی در وضعيتهايی کار ميکنند که در آن يک عدم قطعيت بزرگ با تغييرات نا معلوم در پارامترها و ساختارهای سامانه وجود دارد.
مزيت های کنترل فازی تطبيقی نسبت به کنترل فازی غير تطبيقی:
عملکرد و کارايی بهتر معمولا قابل دستيابی ميباشد، چرا که کنترل کننده فازی تطبيقی ميتواند خود را با توجه به تغييرات محيطی تنظيم نمايد.
دانش کمتری از سامانه تحت کنترل لازم است، چرا که قانون تطبيق ميتواند در جهت يادگيری ديناميک سامانه در طی عمليات زمان حقيقی کمک نمايد.
در واقع، هدف اصلی کنترل تطبيقی عبارت است از ثابت نگه داشتن کارايی يک سامانه در حضور عدم قطعيت های ذکر شده ميباشد. بنابراين کنترل فازی پيشرفته بايستی تطبيقی باشد.
کنترل لغزشی فازی تطبيقیمقدمهکنترل لغزشی در کنار محاسنی که دارد، دارای معايبی نيز ميباشد. معايب کنترل لغزشی به روشهای مختلفی ميتواند برطرف شود که يکی از بهترين آنها، استفاده از سامانه های فازی برای جبران عدم قطعيت های مدل و همچنين پارامترهای دارای تغييرات شديد ميباشد که اين جبرانسازی توسط سامانه فازی باعث برطرف شدن معايب کنترل لغزشی ميگردد.
در ادامه اين فصل، دو روش کاملا مجزا برای استفاده از س سامانه های فازی در بهبود سازی عملکرد کنترل لغزشی معرفی خواهد شد. همانگونه که ذکر شد، يکی از مشکلات کنترل لغزشی، وجود ترم های نامعلوم در سامانه ميباشد، اين ترمهای نامعلوم توسط سامانه های فازی قابل تخمين زدن و جايگزينی هستند که در قسمت بعد

متن کامل پایان نامه ها در 40y.ir

پاسخی بگذارید

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