دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش کنترل
با عنوان :استخراج روغن پسته ی کوهی(Pistacia atlantica) با کمک امواج فراصوت و بررسی ویژگی های فیزیکوشیمیایی و آنتی اکسیدانی آن
طراحی و اعمال روشهای مدلسازی و کنترلی پیشرفته چند ورودی چند خروجی روی کنترلکننده قابل برنامه ریزی (PLC)
استاد راهنما
دکتر سید علی اکبر صفوی
بهمن ماه 1393
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
طراحی و اعمال روش های مدلسازی وکنترلی پیشرفته چند ورودی چند خروجی روی PLC
توسط
ریحانه مختارنامه
امروزه در اکثر صنایع از کنترلکننده های قابل برنامه ریزی (PLC) به علت مزایای زیاد آنها استفاده میشود. PLC های اولیه برای یک کنترل ساده منطقی طراحی گردیده و معمولا اجرای کنترل پیوسته ساده نیز با PLC های قدیمی امکانپذیر نیست و حتی در نوع پیشرفتهی آنها نیاز به کارتها و ماژولهای اضافه میباشد. از طرفی تقاضا برای کنترل و مدلسازی پیشرفته برای بهبود محصولات در صنایع افزایش پیدا کرده است. بنابراین ارتقاء و بهینه سازی شیوه های کنترلی PLC ها، یکی از موضوعات قابل بحث از نظر پیاده سازی و صرف هزینه در صنایع خواهد بود. در این پایان نامه یکی از روشهای کنترلی جدید و مناسب نسبت به کنترلکننده های سنتی به نام کنترل مدل پیشبین، به منظور ارتقا قابلیت کنترلی PLC موجود طراحی و پیادهسازی شده است. در این پایان نامه دو موضوع جدید دنبال شده است. در گام اول، یک فرایند به صورت دو ورودی-دو خروجی(MIMO) با تکمیل تجهیزات طراحی گردیده و برای این فرایند دو متغیره نیمه صنعتی کنترل دما و سطح متصل به PLC-S7-300، پیادهسازی صورت گرفته است. از آنجا که PLC موجود از لحاظ قدرت پردازشی و حجم حافظه موجود در دسته PLC های متوسط قرار دارد و از طرف دیگر فرایند مورد بررسی یک فرایند چند متغیره میباشد، پیادهسازی روش کنترل مدل پیشبین روی این PLC، با سادهسازیهای ابتکاری و مهندسی امکان پذیر شده است. لازم به ذکر است که پیچیدگی محاسباتی روش کنترل مدل پیشبین برای حالت چند متغیره بسیار بیشتر از حالت تک متغیره میباشد. در گام دوم تنظیم پارامترهای MPC به صورت تحلیلی بررسی میشود و سپس روی فرایند واقعی اعمال خواهد شد. لازم به یادآوری است که در تحقیقات قابل دسترس جهانی تاکنون گزارشی از کار مشابه این پایان نامه یافت نشده است. نتایج پیادهسازیها، موفقیت و کارآمدی روشهای پیشنهادی را به خوبی نشان میدهد.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
1-1- کنترلکننده های قابل برنامه ریزی (PLC) 2
1-2- ارتقاء و اعمال روشهای کنترلی پیشرفته روی PLC ها 3
2- کنترلکنندهی قابل برنامه ریزی (PLC) 7
2-4- مزایای استفاده از PLC ها 15
2-4-2- تغییر در منطق برنامه و عیبیابی ساده 15
2-4-3- در اختیار گذاشتن تعداد بسیار زیاد کنتاکتها 16
2-4-5- قابلیت اجرای آزمایشی برنامه ایجاد شده قبل از اعمال به سیستم 16
2-4-8- روش برنامهنویسی نردبانی 17
2-4-9- قابلیت اطمینان و نگهداری 17
2-6- روشهای ارتقاء قابلیت کنترلی PLC ها 20
3- مروری بر فعالیتهای پیشین 24
3-2- پیادهسازی روش کنترل مدل پیش بین روی PLC 24
4- روش کنترل مدل پیشبین (MPC) 30
4-2- توصیف روش کنترل مدل پیشبین 32
4-2-3- به دست آوردن قانون کنترل 33
4-3- مزایا و معایب روش کنترل مدل پیشبین 34
4-4- روش کنترل مدل پیشبین تعمیمیافته برای فرایندهای تک متغیره 36
4-4-2- فرمول بندی کنترل پیشبین تعمیم یافته 37
4-5- کنترل پیش بین تعمیمیافته صنعتی برای فرایندهای تک متغیره 41
4-5-2 محاسبه پارامترهای کنترلی 45
4-6- روش کنترل پیشبین تعمیمیافته صنعتی برای فرایندهای دارای خاصیت انتگرالگیر 47
4-7- معرفی روش کنترل مدل پیشبین تعمیمیافته برای فرایند چندمتغیره 51
4-7-2- فرمولبندی کنترل مدل پیشبین تعمیمیافته 53
5- روش کنترل پیشبین تعمیمیافته صنعتی برای فرایندهای چندمتغیره 56
5-2- فرمولبندی کنترل مدل پیشبین تعمیمیافته صنعتی چندمتغیره 57
5-3- روش پیشنهادی برای محاسبه پارامترهای کنترلکننده 64
5-3-1- معرفی شبکه های عصبی مصنوعی (ANN) 65
5-3-1-1- اجزای اصلی یک شبکه عصبی مصنوعی 65
5-3-2- استفاده از شبکه عصبی مصنوعی برای محاسبه پارامترهای کنترلکننده IGPC 70
6- طراحی فرایند دو متغیره و سختافزار فرایند مورد مطالعه 84
6-2- اینورتر و کاربردهای آن 85
6-3- مزایا و کاربرد اینورترها 86
6-4- اینورتر مدل C2000 برای پمپ رفت آب 88
6-5- اینورتر مدل VFD-B برای کنترل سرعت پمپ آب برگشت 89
6-6-1- کنترلکننده قابل برنامه ریزی و ماژولهای آن 93
6-6-1-2- ماژول ورودی آنالوگ 95
6-6-1-2-1- عملکرد ماژولهای آنالوگ ورودی 96
6-6-1-3- ماژول آنالوگ خروجی 97
6-7- سایر اجزای سختافزاری فرایند مورد مطالعه 98
6-7-2- سنسور دما از نوع RTD 98
6-8- نرمافزار سیستم و زبان برنامهنویسی 101
6-9- طراحی موج PWM برای اعمال به هیتر 102
7- پیادهسازی روشهای کنترل مدل پیشبین روی PLC 97
7-2-1- استخراج ماتریسهای کنترلی روش GPC برای افق کنترل و پیشبین 6 98
7-2-2- پیادهسازی روش کنترل مدل پیشبین تعمیمیافته برای فرایند حرارتی 101
7-2-3- پیادهسازی روش کنترل مدل پیشبین تعمیمیافته برای فرایند سطح 107
7-3- پیادهسازی کنترل مدل پیشبین تعمیمیافته صنعتی 112
7-3-1- پیادهسازی کنترل مدل پیشبین تعمیمیافته صنعتی برای فرایند حرارتی 112
7-3-2- پیادهسازی کنترل پیشبین تعمیمیافته صنعتی برای فرایند سطح 114
7-4- طراحی و تنظیم پارامترهای کنترلکننده سنتی PID 117
7-4-1- ترم تناسبی کنترلکننده PID 117
7-4-2- ترم انتگرالگیر کنترلکننده PID 119
7-4-3- ترم مشتقگیر کنترلکننده PID 120
7-4-3-1- مشتقگیر با فیلتر 121
7-5- پیادهسازی کنترلکننده PID 122
7-5-1 پیادهسازی کنترلکننده PID برای فرایند حرارتی 122
7-5-2- پیادهسازی کنترلکننده PID برای فرایند سطح 125
7-6- پیادهسازی کنترل پیشبین تعمیمیافته صنعتی برای فرایند دومتغیره 126
7-8- استفاده از مدل چندگانه در روش کنترل مدل پیشبین برای فرایند چندمتغیره 140
فهرست جدولها
عنوان صفحه
جدول 5-1. خلاصهای از توابع شبکه. 66
جدول 5-2. توابع فعالسازی و مشتق آنها. 66
جدول 5-3. الگوریتمهای بهینه سازی غیرخطی تکرارپذیر برای محاسبه ماتریس وزنی شبکه MLP. 70
جدول 5-4. مشخصات شبکه عصبی. 72
جدول 7-1. مقایسه روش GPC استاندارد و صنعتی با کنترلکننده PI برای فرایند دما. 125
جدول7-2. مقایسه روش GPC استاندارد و صنعتی با کنترلکننده PI برای فرایند سطح 126
فهرست شکلها و تصاویر
عنوان صفحه
شکل 2-1. ساختار داخلی یک کنترل کننده قابل برنامه ریزی 10
شکل 2-2. اجزای یک PLC ماژولار 11
شکل4-1. ساختار کلی کنترلکننده MPC 34
شکل 4-3. ساختار کنترلکننده GPC صنعتی 44
شکل 5-1. رایجترین مدل نرون بر اساس کار MsCulloch و Pitt 65
شکل 5-2. مدل شبکه عصبی پرسپترون. 67
شکل 5-3. نمونهای از شبکه پرسپترون سه لایه 69
شکل 5-4. تعداد ورودی و خروجی های شبکه عصبی طراحی شده. 71
شکل 5-5. رگرسیون داده های تست و داده های واقعی برای پارامتر . 72
شکل 5-6. رگرسیون داده های تست و داده های واقعی برای پارامتر . 72
شکل 5-7. رگرسیون داده های تست و داده های واقعی برای پارامتر . 73
شکل 5-8. رگرسیون داده های تست و داده های واقعی برای پارامتر . 73
شکل 5-9. ساختار کنترل مدل پیشبین تعمیمیافته صنعتی برای فرایندهای MIMO. 74
شکل 6-1. اینورتر مدل C2000. 89
شکل 6-2. پمپ و اینورتر مسیر رفت. 89
شکل 6-3. اینورتر مدل VFD-B. 90
شکل 6-4. پایه های ورودی و خروجی اینورتر مدل VFD-B 90
شکل 6-5. پایه های آنالوگ اینورتر 90
شکل 6-6. نمایی از فرایند دما و فشار در آزمایشگاه دانشگاه شیراز. 92
شکل 6-7. PLC S7-300 به انضمام ماژول های آنالوگ در آزمایشگاه 93
شکل 6-8. نحوه قرارگیری PLC روی Rack 94
شکل 6-9. PLC S7-300 CPU312C 94
شکل 6-11. شیر یرقی Valve 2pv250E. 98
شکل 6-13. نحوه اتصال PT100 به کارت آنالوگ 100
شکل 6-14. سنسور BCT110 و نحوه اتصال آن به کارت آنالوگ 100
شکل 6-15. روند طراحی توابع مورد نیاز برای پیادهسازی روی PLC 102
شکل 6-16. چگونگی طراحی موج PWM در نرمافزار simatic manager. 103
شکل 7-1. دمای مخزن اول (خروجی) 101
شکل 7-2. ولتاژ اعمالی به هیتر (درصد) 101
شکل 7-3. نتیجه اعمال کنترلکننده GPC برای افق کنترل و پیشبین 6 برای مقادیر مختلف 103
شکل 7-4. سیگنال کنترل اعمال شده(درصد). 104
شکل 7-5. مجموعه توابع ساخته شده برای پیادهسازی الگوریتم GPC برای افق کنترل و پیشبین 6. 105
شکل 7-6. مقدار کمینه و بیشینه زمان اسکن برنامه. 105
شکل 7-7. نتیجه اعمال کنترلکننده GPC با وقفه زمانی برای افق کنترل و پیشبین 6 برای مقادیر مختلف . 106
شکل 7-8 سیگنال کنترل اعمال شده (درصد). 106
شکل 7-9. تابع ساخته شده برای پیادهسازی الگوریتم GPC با افق کنترل و پیشبین 6 به همراه تاخیر. 107
شکل 7-10. سطح مایع تانک اول (خروجی). 108
شکل 7-11. فرکانس اعمال شده به اینورتر (درصد) 108
شکل 7-12. نتیجه اعمال روش کنترل مدل پیشبین با افق کنترل و پیشبین 6 برای فرایند سطح 110
شکل 7-13. سیگنال کنترل اعمال شده (درصد) 110
شکل 7-14. تابع ساخته شده در نرمافزار siamtic manager برای اعمال الگوریتم به فرایند 111
شکل 7-15. زمان اسکن برنامه 111
شکل 7-17. سیگنال کنترل اعمال شده (درصد) 112
شکل 7-19. پیادهسازی IGPC برای . 113
شکل 7-20. پیادهسازی IGPC برای . 114
شکل 8-21. توابع ساخته شده برای محاسبه پارامترهای کنترل و سیگنال کنترل. 115
شکل 7-22. نتیجه اعمال روش کنترل مدل پیشبین تعمیمیافته صنعتی با مقادیر مختلف برای فرایند سطح. 116
شکل 7-23. سیگنال کنترل اعمال شده (درصد) 116
شکل 7-24. دیاگرام بلوکی کنترل فرایند با حلقه فیدبک 117
شکل 7-25. دیاگرام بلوکی کنترل فرایند با حلقه فیدبک و حضور نویز و اغتشاش 118
شکل 7-26. تاثیر ترم انتگرالگیر در کاهش خطای ماندگارکنترلکننده PI 119
شکل 7-27. تعبیر ترم مشتقگیر. 120
شکل 7-28. نتیجه اعمال کنترلکننده PI در مقایسه با کنترلکننده P. 123
شکل 7-29. سیگنال کنترل اعمال شده (درصد). 123
شکل 7-30. پیادهسازی کنترلکننده PI برای فرایند دما و مقایسه آن با روش IGPC 124
شکل 7-31. پیاده سازی کنترلکننده PI برای فرایند سطح 125
شکل 7-33. خروجی سطح در روش IGPC 130
شکل7-34. خروجی دمای روش IGPC 130
شکل 7-35. سیگنال کنترل اعمال شده متناظر با دما (درصد) 130
شکل 7-36. سیگنال کنترل اعمال شده متناظر با سطح (درصد) 131
شکل 7-37. نتیجه اعمال روش IGPC برای خروجی دما (سانتیگراد) و سیگنال کنترل متناظر آن (درصد). 131
شکل 7-38. نتیجه اعمال روش IGPC برای خروجی سطح (سانتیمتر) و سیگنال کنترل متناظر آن (درصد). 132
شکل 7-39. نتیجه اعمال روش IGPC برای خروجی دما و سیگنال کنترل متناظر (درصد). 134
شکل 7-40. نتیجه اعمال روش IGPC برای خروجی سطح و سیگنال کنترل متناظر (درصد) 134
شکل 7-41. مقایسه روش IGPC برای افق پیشبین 15 و 4 135
شکل 7-42. یک سیستم دو متغیره با اثر متقابل 136
شکل 7-43. بلوک دیاگرام کلی سیستم چند متغیره با جبرانکننده 137
شکل 7-44. سیستم کنترل جبرانساز 138
شکل 7-45. نتایج اعمال کنترلکننده PI همراه با جبرانساز در مقایسه با روش IGPC. 138
شکل 7-47. نتیجه اعمال روش PI همراه با جبرانساز در مقایسه با روش IGPC برای خروجی سطح. 139
شکل 7-48. شکل هندسی نواحی کار مختلف سیستم 141
شکل 7-49. نواحی کار در نظر گرفته شده برای فرایند دو متغیره موجود درآزمایشگاه. 141
شکل 7-51. خروجی سطح روش IGPC و سیگنال کنترل متناظر (درصد) 143
شکل 7-52. اثر سیستم جبرانساز. 143
شکل 7-53. خروجی دما روش IGPC و سیگنال کنترل متناظر در نقطه کار اول (درصد). 143
شکل 7-54. خروجی دما روش IGPC و سیگنال کنترل متناظر در نقطه کار دوم (درصد). 144
- کنترلکننده های قابل برنامه ریزی (PLC[1])
نیاز به کنترلکننده هایی با هزینه کمتر، کاربرد متنوعتر و سهولت استفاده بیشتر، منجر به توسعه
کنترلکننده های قابل برنامه ریزی بر مبنای CPU[2] و حافظه شد و از آنها به صورت گسترده ای در کنترل فرایندها و ماشینآلات استفاده گردید. کنترلکننده های قابل برنامه ریزی در آغاز به عنوان جانشینی برای سیستمهای منطقی رلهای و تایمری غیر قابل تغییر توسط اپراتور طراحی شدند تا به جای تابلوهای کنترل متداول قدیمی استفاده شوند. این کنترلکنندهها میتوانند برنامه ریزی شوند و توسط کاربری که مهارت کار کردن با رایانه ها را ندارد، مورد استفاده قرار گیرند. این کار به وسیله اجرای دستورالعملهای منطقی ساده که اغلب به شکل دیاگرام نردبانی هستند صورت میگیرد و در واقع اجزای یک دیاگرام نردبانی یا یک برنامه نویسی ساده می تواند جایگزین تعداد زیادی از سیمکشیهای خارجی مورد نیاز برای کنترل یک فرایند شود. PLC ها دارای یک سری توابع درونی از قبیل تایمرها، شمارندهها و شیفت رجیسترها میباشند که امکان کنترل مناسب را حتی با بهره گرفتن از کوچکترین PLC نیز فراهم می آورند.
یک PLC با خواندن سیگنالهای ورودی کار خود را شروع کرده و سپس دستورالعملهای منطقی را که از قبل برنامه ریزی شده و در حافظه آن قرار دارد، بر روی این سیگنالهای ورودی اعم از دیجیتال و آنالوگ اعمال می کند و در نهایت سیگنال خروجی مورد نظر را برای راه اندازی تجهیزات فرایند تولید می نماید. تجهیزات استانداردی در درون PLC تعبیه شده که به آنها اجازه میدهد مستقیما و بدون نیاز به واسطههای مداری یا رلهای، به المانهای خروجی یا محرک و مبدلهای ورودی متصل شوند، بنابراین تغییر در سیستم کنترل بدون نیاز به تغییر محل اتصالات سیمها ممکن شده و برای هر گونه تغییر کافی است که برنامه کنترلی که بر روی حافظه ی PLC ذخیره شده تغییر یابد [1].
PLC یک رایانه کنترل فرایند است که به علت مزایای فراوان ازجمله سرعت عملکرد مناسب، پردازش نسبتا سریع، عیبیابی ساده، مدت زمان کاری طولانی، داشتن استانداردهای صنعتی شناخته شده، قابلیت اعتماد بالا در برابر نویز و شرایط نامناسب محیطی و … کاربرد گسترده ای در صنعت دارد، با این وجود قابلیت اعمال روشهای کنترلی پیشرفته و یا حتی کنترلکننده های پیوستهی ساده با بسیاری از PLC ها چندان میسر نمی باشد [2]. امروزه روشهای مدلسازی و کنترلی پیشرفته جدیدی مطرح شدهاند که به علت کمبود حافظه و قدرت پردازشی پایین اغلب PLC ها، پیاده سازی این روشهای کنترلی پیشرفته روی PLC ها با محدودیتهایی روبهرو شده است. بنابراین ایجاد روشهایی که بتواند قابلیت های PLC را جهت دستیابی به کنترل دقیقتر بهبود بخشد، مورد توجه قرار گرفتهاند.
روشهای مختلفی برای ارتقاء قابلیت PLC ها وجود دارد. یک روش ساده و در عین حال پرهزینه برای ارتقاء قابلیت PLC های قدیمی جایگزین کردن آنها با PLC های جدیدتر با قدرت پردازشی بالاتر است و یا اگر PLC ماژولار باشد با افزودن ماژولها و کارتهای پیشرفته میتوان قابلیت آن را افزایش داد. روش دیگری که میتواند قابلیت PLC ها را بالا ببرد ارتباط آن با کامپیوتر جانبی همرا با نرمافزارهای قدرتمند و پیشرفتهای همچون Labview و Matlab میباشد. این نرمافزارها از آنجا که در محیطهای آکادمیک مورد استفاده قرار می گیرند برنامهنویسیهای پیشرفتهی مختلفی با بهره گرفتن از آنها قابل اجرا است. البته یک بستر ارتباطی برای ارتباط بین PLC و این نرم افزارها لازم است. این ارتباط ازطریق OPC [3، 4] امکان پذیر است.
از طرف دیگر در سالهای اخیر روشهای کنترلی پیشرفتهای مطرح شدند. کنترل مدل پیش بین (که در آن از مدل سیستم برای کمینه کردن یک تابع هزینه به منظور محاسبه سیگنال کنترل بهینه استفاده می شود) یکی از روشهای قدرتمند کنترل پیشرفته است که به عنوان یک کنترلکننده قابل اطمینان در صنایع نیز مورد توجه بسیار قرار گرفته است، بنابراین پیاده سازی این الگوریتم و سایر الگوریتمهای کنترلی پیشرفته به روشهای مختلف روی PLC ها و جایگزینی این روشها با روشهای کنترل سنتی مرسوم همچون PID[3]، به موضوعی جالب و قابل توجه تبدیل شده است.
[1]Programmable Logic Controller
[2]Central Processing Unit
[3] Proportional Integral Derivative controller
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 و با فرمت ورد موجود است
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
تعداد صفحه :203
قیمت : 14700 تومان
—-
پشتیبانی سایت : parsavahedi.t@gmail.com
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.
*
14,700 تومانافزودن به سبد خرید