منابع پایان نامه ارشد درمورد
عدم قطعیت، مدل ریاضی، کنترل هوشمند پایان نامه ها

دارای پیجیدگیهایی هستند، اما در اینجا چون یکی از اهداف طراحی مناسب در عین سادگی است، این موضوع با به کار گیری توابع عضویت فاصلهای45 مرتفع شد. با مقایسهای که بین این کنترل کنندهها و مشابه فازی نوع 1 در شرایط عملیاتی یکسان صورت گرفت، برتری و مزیت نوع 2 در کاهش نواسانات حرکتی بازوها و در خنثی کردن اثرات عدم قطعیتهای با دامنۀ بالا، به خوبی مشاهده شد. این کار علاوه بر اینکه نتایج خوبی را توانست که در طراحی کنترل کننده برای بازوی رباتیک داشت و نیز رجحان فازی نوع 2 را بر نوع 1 نشان داد، یکی از معدود کارهایی است که از کنترل کنندۀ فازی نوع 2 برای بازوهای رباتیک منعطف استفاده کرد و نتایج خوبی نیز داشته است.
بازوهای رباتیک تنها توسط موتورهای DC راههندازی نمیشوند، بلکه ماشینهای AC نیز چنین کاربردی میتوانند داشته باشند. البته کارایی آنها نیز با توجه به اصطکاک غیرخطی و عدم قطعیتهای بار و … دچار افت میشود. بنابراین روشهای کنترلی متعددی برای بهبود کارایی این سیستمها تا کنون پیشنهاد و بعضاً اجرا شده، که انگیزهای برای تحقیق و بررسی روشهای جدید نیز میباشد. در این پایاننامه و در فصل بعدی تحقیقی در مورد روشهای محاسبات نرم و تا حدودی مشابه همین فصل، در رابطه با ماشینهای سنکرون با آهنربای دائم (PSMSs) انجام گرفته است.
در جدول زیر مقایسه‌ای بین نتایج طرح‌های پیشنهادی در این پایان‌نامه و چند مرجع معتبر آمده است، که می‌توان به کمک آن در مورد موفقیت کار قضاوت کرد.
جدول ‏4.3- جدول مقایسۀ نتایج
گشتاور کنترل کننده
درصد خطای سرعت موتور
درصد خطای سرعت
درصد خطای مکان
حدود (14/ 13) نیوتن.متر و با 0.5 ثانیه تأخیر نسبت به مرجع صفر می‌شود
در ابتدا حداکثر (6% / 5%) و با 0.5 ثانیه تأخیر نسبت به مرجع صفر می‌شود
حداکثر (1% / 0.75%)
و با 0.5 ثانیه تأخیر نسبت به مرجع صفر می‌شود
حداکثر (5% / 4%)
و با 0.5 ثانیه تأخیر نسبت به مرجع صفر می‌شود
فازی (نوع 1/ نوع 2) با مقادیر نامی
شکل 4.13
طرح‌های پیشنهادی در پایان‌نامه
حدود (2/ 1.8) نیوتن.متر و بدون تأخیر
حداکثر (0.5% / 0. 2%)
تقریباً تأخیر ندارد ولی به مرور زمان پیک دامنه خطا افزایش یافته اما سریعتر از بین می‌رود
حداکثر (1.5% / 0.75%)
تقریباً تأخیر ندارد ولی به مرور زمان پیک دامنه خطا افزایش یافته اما سریعتر از بین می‌رود
در ابتدا (4% / 3.8%)
تقریباً تأخیر ندارد ولی به مرور زمان پیک دامنه خطا افزایش یافته اما سریعتر از بین می‌رود
فازی تطبیقی (نوع 1/ نوع 2) با وجود اعمال تغییرات آنی در ضریب سختی بازوها
شکل 4.19



(4.1% / 2.6%)
(7.1% / 7%)
[105] فازی (نوع1 / نوع2)
مراجع مقایسه
حدود (15 / 13) نیوتن.متر

(5% / 2.5%)
(5% / 3%)
[106] (تطبیقی / فیدبک MIMO)

حدود 20 نیوتن.متر

3%
فراجهش زیاد
حدود 3%
[107] فازی تطبیقی



4%
6%
[108] فازی

فصل پنجم

طراحی سیستم کنترل هوشمند بر اساس تئوری لیپانوف برای ماشینهای سنکرون با آهنربای دائم (PMSM)
طراحی سیستم کنترل هوشمند بر اساس تئوری لیپانوف برای ماشینهای سنکرون با آهنربای دائم (PMSM)
مقدمه
سیستمی که ما قصد بررسی و طراحی برای آن را داریم ماشین سنکرون با آهنربای دائمی46 (PMSM) است. در مورد سیستم مذکور میتوان گقت که مدل معروفی برای آن موجود است و اطلاعات خوبی نیز تا کنون به دست آمده . همچنین کنترل کنندههایی نیز طراحی شده است. اما طراحی در سطحی که ما قصد انجام آن را داریم به لحاظ ترکیب روشهای کنترلی در نوع خود منحصر به فرد و نوآورانه است. بنابراین میتواند به عنوان یک طراحی پیشرو مطرح گردد.
PMSMها به صورت گسترده در بسیاری از صنایع کاربرد دارند و این به دلیل برخی خصوصیات آنها از قبیل اندازۀ کوچک، کارایی و توان بالا، نسبت زیاد گشتاور به سکون و تلفات پایین روتور میباشد [61,62]. این مزایا باعث شده که PMSMها نقش مهمی در صنایع از جمله وسایل الکتریکی، توربینهای بادی و رباتیک داشته باشند. با توجه به راندمان بالای مورد انتظار و برای به دست آوردن گشتاور یکنواخت، نیاز به روتوری با انکدر زاویهای حساس و دقیق وجود دارد. از این رو، در طراحیها از حسگرهای مکانی با دقت بالا که روی شفت قرار میگیرند استفاده میشود. این امر باعث افزایش طول فیزیکی ماشین، هزینه و اینرسی روتور شده و همچنین به نصب تجهیزات و کابلکشی اضافه منجر میشود. اخیراً در کاربردهای صنعتی استفاده از PMSMهای بدون سنسور که محدودیتهای سنسورهای مکانی را ندارند، رواج داشته است. به علاوه استفاده از این نوع سیستم کنترل باعث کاهش لرزش، حساسیت به نویز، هزینه، اندازه و … شده و همجنین دقت و مقاومت سیستم را افزایش میدهد. اما به هرحال طراحی کنترل کننده برای چنین سیستمهایی چالشها و مشکلات پیش روی خود را دارد. که از آن جمله میتوان به شرایط عملیاتی متغیر، عدم قطعیتهای ساختار یافته و ساختار نیافته و همچنین به نویز و تداخل خارجی اشاره کرد.
در سالهای اخیر محققین در مورد روشهای تخمینی تحقیقات گستردهای انجام دادهاند. یکی از این روشها روش تخمین پیوستگی شار روتور [63] است که به دلیل سادگی از آن استفاده میشد. در این روش با بررسی ولتاژ ترمینال موتور و افت مقاومت استاتور، موقعیت روتور استنتاج میشود. در سرعت پایین این روش مشکل حرکتی ایجاد کرده و همچنین باعث افت دقت میگردد. بعلاوه مقاومت استاتور به دما وابسته است و این خود عامل دیگری بر ک
مدقتی این روش است.
روش فیلتر کالمن گسترده (EKF)47 [64,65] عملکرد موفقی را در تخمین سرعت و موقعیت روتور در سیستمهای بدون سنسور نشان داده است. اما این روش به محاسبات دقیق ریاضیاتی برای به دست آوردن ماتریس ژاکوبین و همچنین به مقداردهی اولیۀ مناسب احتیاج دارد تا سیستم طی فرآیند خطیسازی دچار ناپایداری نگردد. در اینجا نیز مانند بسیاری از روشها که مبتنی بر رؤیتگرهای حالت48 هستند، از خطیسازی سیستم حول نقاط کار استفاده میشود. در هر حال باید به این نکته توجه نمود که خطیسازی معادلات غیرخطی در شرایط نامی پایداری کلی را تضمین نمیکند. رؤیتگرهای مبتنی بر مدل49 [66,67] که به صورت گسترده هم استفاده میشوند، به پارامترهای مکانیکی از جمله گشتاور بار، اصطکاک و اینرسی که مدام در حال تغییر و بعضاً ناشناختهاند، وابسته میباشند.
در روش دیگر از سیستم تطبیقی با مدل مرجع(MRAS)50 به صورت گستردهای برای تخمین سرعت و مکان استفاده میشود [67]. نحوۀ کار به این صورت است که MRAS از مدلهایی با پارامترهای قابل تنظیم و یا مدل مرجع استفاده میکند، که در هر دو حالت خروجی یکسان است و از خطای خروجی توسط قوانین تطبیقی برای تنظیم پارامترهای مدل استفاده میگردد.
مدل لغزشی رؤیتگر سرعت در [68] معرفی شده است. نقطۀ ضعف این روش هنگامی است که سرعت سیستم پایین باشد که در نتیجه کارایی آن دچار افت میشود. اما نسبت به تغییرات در پارامترها و اغتشاشات بار مقاومت خوبی را در سیستم ایجاد میکند.
در سالهای اخیر راه حلهای زیادی برای کنترل سرعت PMSMها ارائه شده است که از روشهای کنترلی مختلفی نظیر کنترل کلاسیک، مقاوم و تطبیقی از قبیل حالت برداری و لغزشی بهره بردهاند. اما این روشها تنها به بررسی عدم قطعیتهای پارامتری (ساختاریافته) میپردازند. روش کنترلی بردار متمایل به میدان51 روش دیگری است که با معادلسازی و شبیهسازی موتور DC با خصوصیات آن از قبیل اندازه و زاویۀ استاتور، طراحی را انجام میدهد که توضیحات تکمیلی آن در [69] آمده است. در مقالات و منابع دیگر روشهای متنوعی بیان شده که از آن جمله میتوان به موارد زیر اشاره کرد: کنترل مستقیم گشتاور52 (DTC) که هنگامی پاسخ دینامیکی سریعی از گشتاور خواسته شود به کار میرود [70]. مدل کنترل پیشبین53 (MPC) در مواردی که سرعت و جریان کنترلکنندهها با یکدیگر مقایسه شود به کار میرود [71]. این روش در حقیقت جایگزینی مناسب برای روش کنترل متوالی54 است.
اگرچه موارد فوق در حالت تئوری طراحیهای مناسبی به نظر میرسند اما در عمل کاراییشان در برابر تغییر شرایط عملیاتی، عدم قطعیتهای شناخته شده و ناشناخته و همچنین اغتشاش خارجی دچار افت میشود. این روشهای کنترلی مدل ریاضی دقیقی را برای سیستمها فرض میکنند، که در عمل به دست آوردن چنین مدلی برای فرآینهای پیچیدۀ صنعتی بسیار سخت و بعضاً غیر ممکن است. بعلاوه سایر مشخصههای دیگر این سیستمها ممکن است که غیر قابل پیشبینی باشد، مانند دینامیک بار، نویز، دما، تغییر پارامترها و غیره. بنابراین میتوان گفت که رفتار یک سیستم را نمیتوان با یک مدل ریاضی، به طور دقیق بیان کرد.
نکتۀ قابل تأمل دیگری که در مورد اغلب طراحیهایی که تاکنون انجام شده و در دسترس قرار گرفته، این است که در مورد پایداری تحلیل دقیقی صورت نگرفته است. به علاوه تحلیل پایداری سیستم خطی شده حول نقطۀ کار برای کل سیستم قابل تعمیم نیست. پایداری سیستمی که بر اساس کنترل کنندۀ تطبیقی مدل مرجع طراحی شده و در برابر عدم قطعیت پارامترهای تنظیم جریان PMSM مقاوم بوده، در [72] آورده شده و مورد بررسی قرار گرفته است. در آخر، برای سیستمی که رفتار و دینامیک ناشناختهای دارد، با استفاده از شبکۀ عصبی مصنوعی و فازی نوع دوم برای تقریب دینامیک و رفتار PMSM غیرخطی و طراحی کنترل کنندۀ تطبیقی در [9] ارائه شده است، که پایداری آن با تئوری لیاپانوف مورد بررسی قرار گرفته است. مدلهای زیادی به کمک شبکۀ عصبی و منطق فازی برای تقریب سرعت و مکان در PMSM ارائه شده است که جایگزین بسیار مناسبی برای روشهای کنترلی معمولی است [3,11].
در این پایاننامه ما استراتژیهای مختلفی از طراحی کنترل کنندۀ هوشمند برای PMSMها ارائه و مورد بررسی و تحلیل قرار خواهیم داد. از تئوری کنترل تطبیقی برای طراحی بردار تطبیقی که متضمن پایداری است استفاده خواهد شد. اساس استراتژی بر به کارگیری رؤیتگرهای سرعت و اغتشاش است. همچنین به دلیل وجود رفتار و دینامیک متغیر سیستم، استفاده از این کنترل کننده برای سادهسازی شمای کار مناسب بوده و همانطور که گفته شد پایداری سیستم با وجود حالات و دینامیک متغیر آن را تضمین میکند. پس از این، طراحی اولیه را میتوان به مواردی که دینامیک ناشناخته هم باشد تعمیم داد و به کنترل کنندۀ تطبیقی هوشمند رسید که قطعاً مقاومت بالاتری به عدم قطعیتهای ساختار نیافته دارد. سپس از روش تقریب شبکۀ عصبی برای طراحی سادۀ سیستم کنترل که با عدم قطعیت پارامتری همخوانی بیشتری دارد، میتوان بهره برد. در مورد رؤیتگر سرعت که بر اساس شبکۀ عصبی کار میکند نیز بحث میکنیم. به هر حال به این نکته که دقت تخمین به تغییر شار بسیار حساس است، باید توجه نمود. این مشکل ما را به سمت طراحی رؤیتگر غیرخطی بر مبنای شبکۀ عصبی مصنوعی سوق میدهد، زیرا فرض بر این است که اطلاعات اولیهای از دینامیک سیستم در دسترس نیست. برای اینکه در طراحی به مقاومت مورد نظر در برابر شرایط غیرخطی و عدم قطعیتها، اعم از ساختار یافته و ساختار نیافته، دست یابیم، در انتها از ساختار
کنترل کنندۀ فازی تطبیقی نوع اول استفاده میکنیم، که در قیاس با انواع کنترل کنندههای کلاسیک متوالی که معمولاً به کار میورند، پیچیدگی بسیار کمتری دارد. بهینهترین حالت در طراحی توسط روشهای کنترل بهینه قابل تعیین است. به منظور بکار گیری روشی برای تنظیم پارامترها از تکنیک تطبیقی پایداری لیاپانوف استفاده خواهیم کرد.
مدلسازی سیستم:
مدل ریاضی دینامیک سیستم PMSM که در چارچوب مرجع چرخشی و با بردارهای یکۀ p و q توسط معدلات زیر قابل توصیف است.
v_d= Ri_d+L_d d/dt i_d-L_q pωi_q (5.1-آ)
v_q= Ri_q+L_q d/dt i_q+L_d pωi_d+pλω (5.1-ب)
τ=3/2 p[(L_d-Lq) i_d i_q+λi_q ] (5.1-ج)
معادلات مکانیکی مربوط به حرکت نیز با روابط زیر توصیف میشوند:
ⅆ/ⅆt ω=⊥/J (τ-τ_F-τ_L ) (5.2-آ)
ⅆ/ⅆt θ=pω (5.2-ب)
که در روابط فوق:
ولتاژ در راستای q و p
v_d, v_q
جریان در راستای q و p
i_d,

دسته‌ها: پایان نامه ها

دیدگاهتان را بنویسید