منابع پایان نامه ارشد درمورد منطق فازی، کنترل بهینه، تئوری کنترل بهینه

دانلود پایان نامه ارشد

شرایط نامی و ولتاژ تغذیۀ ثابت : (a) جریان اینورتر io ؛ (b) ولتاژ باس VDC؛ (c) جریان منبع is ؛ (d) چرخۀ کار کنترل کننده ρ؛ (e) تخمین پارامتر تطبیقی k 147
شکل ‏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 ρ؛ (e) تخمین پارامتر تطبیقی k 148
شکل ‏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. 152
شکل ‏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. 153
شکل ‏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. 154
شکل ‏6.21- مدار معادل مبدل باک 159
شکل ‏6.22- شمای کنترل مبدل 159
شکل ‏6.23- پاسخ سیستم SOC تطبیقی: (a) ولتاژ معکوس کننده Vo؛ (b) چرخۀ کار ρ؛ (c) ولتاژ باطری Vb؛ (d) جریان باطری Ib؛ (e) خطای تخمین ولتاژ باطری ⅇ؛ (f) ولتاژ تخمینی مدار باز W4≈Voc. 160
شکل ‏6.24- بلوک دیاگرام شماتیک سیستم کنترل نظارت فازی برای مدیریت انرژی 163
شکل ‏6.25- تابع عضویت فازی ورودی برای n=3. 165
شکل ‏6.26- پاسخ سیستم مدیریتی فازی تحت توان وروی ±15kW : (a) ولتاژ باس DC ، VDC؛ (b) جریان باطریها isi؛ (c) چرخههای کار ρi؛ (d) حالت شارژ SOCi ؛ (e) و پارامتر سیستم ki 167

فصل اول

مقدمه‌

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 مصنوعی1 (ANNs) و سیستمهای منطق فازی2 (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 عمومی3 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.

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، پایاننامهها 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.
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.
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.
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 پایاننامه کمک حال ما باشد. در ادامه به چند مورد به اختصار اشاره کرئه و توضیحات تکمیلی و تحلیلی را به آینده و متن اصلی پایاننامه 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 پایاننامههای 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.
رئوس مطالب
این پایاننامه در چارچوب زیر تنظیم خواهد شد:
فصل اول مقدمه و مثالی از کاربرد هوش مصنوعی در طراحی سیستم کنترل را شامل می‌شود.
در فصول 2 و 3 کلیاتی از سیستمهای کنترل غیر خطی، کنترل تطبیقی، تئوری لیاپانوف و همچنین شبکههای عصبی مصنوعی و سیستمهای منطق فازی به عنوان تکنیکهای محاسبات نرم، و را ارائه میدهیم.
در فصل چهارم سیستم بازوی رباتیک انعطافپذیر با در نظر گرفتن اصطکاک و تداخل را به این شرح مورد بررسی قرار میدهیم. ابتدا سیستمهای صلب و منعطف را مدلسازی و مقایسه میکنیم، سپس کنترل تطبیقی را برای بازوی صلب طراحی مینماییم. بعد از این مرحله طراحی تطبیقی برای جبرانسازی اثر اصطکاک و تداخل را با روشهای جبران اصطکاک تطبیقی6 و جبران اغتشاش تطبیقی7، انجام خواهیم داد. در قدم بعدی کنترل کنندۀ فازی را برای کنترل بازوی رباتیک منعطف به کار برده و درنهایت با ترکیب دو روش تطبیقی و فازی به طراحی نهایی در این بخش خواهیم رسید و نتایج گویای توفیق طراحی خواهند بود.
در فصل پنجم برای ماشین سنکرون با آهنربای دائم (PMSM) استراتژیهای مختلف کنترلی، که اساس آنها تئوری لیاپانوف و کنترل تطبیقی است را مورد بررسی قرار میدهیم. روند کار به این صورت خواهد بود که، در ابتدا مدلی را برای شروع کار انتخاب میکنیم (این مدل در همین گزارش آورده شده است). در ادامه برای کنترل سرعت و جریان از طراحی بردار کنترل تطبیقی و کنترل تطبیقی بر اساس روئیتگر، استفاد

پایان نامه
Previous Entries پایان نامه ارشد با موضوع اسفار اربعه، منازل سلوک، نظام احسن Next Entries منابع پایان نامه ارشد درمورد هوش مصنوعی، مدل‌سازی، الگوریتم ژنتیک