دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش کنترل
با عنوان :کنترل سیستمهای غیرخطی حاوی بکلش
پایان نامهی کارشناسی ارشد در رشتهی مهندسی برق- کنترل
کنترل سیستمهای غیرخطی حاوی بکلش
استادان راهنما
دکتر علیرضا خیاطیان
دکتر مریم دهقانی
اسفند ماه 1391
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
کنترل سیستمهای غیرخطی حاوی بکلش
به کوشش
میرحامد مولا
یکی از پدیدههای غیرخطی که تقریباً در تمامی سیستمهای مکانیکی وجود دارد بکلش نام دارد. میتوان گفت، این پدیده یکی از مشکلات رایج بر سر راه شناسایی و کنترل سیستمهای مکانیکی میباشد. کنترل سیستمهای حاوی بکلش دارای دو هدف اصلی میباشند: کنترل سرعت و کنترل موقعیت. وجود بکلش در این سیستمها، کیفیت کنترل سرعت و کنترل موقعیت را تحت تأثیر خود قرار میدهد. برای اینکه با کیفیت بهتری بتوان این سیستمها را کنترل کرد، نیاز به نصب سنسور بر روی شفت و یا حتی در بعضی مواقع نیازمند نصب سنسورهای گرانقیمت برای اندازهگیری زاویه بکلش میباشد. در همین راستا، روش شناسایی آنلاین بدون بکارگرفتن سسنورهای گرانقیمت و کنترل این سیستمها در برابر تغییرات پارامترهای سیستم، مبحثی است که بدان احساس نیاز میشود. در این پژوهش سعی بر آن شده است که با مجهول فرضکردن کل سیستم حاوی بکلش و با فرض در دسترس بودن سیگنالهای قابل اندازهگیری، فقط از سمت موتور و بار بتوان موقعیت بار را کنترل کرد. ارائه یک روش نوین شناسایی بر اساس مدلهای پارامتری خطی[1] مناسب برای شناسایی کامل سیستمهای حاوی بکلش و استفاده از این مدلهای پارامتری خطی برای کنترل وفقی غیرمستقیم موقعیت بار، ارائه روش کنترل وفقی مستقیم با فرض مجهول بودن کل سیستم و ارائه تکنیکی برای کنترل موقعیت بار به روش پسگام با فرض نامعلوم بودن زاویه بکش از جمله کارهای نوین کنترلی است که با فرض در دسترس بودن سیگنالهای فیدبک از سمت موتور و بار در این پژوهش انجام شده است.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اوّل: مقدمه
1-1- بیان مسئله……………………….. 2
1-2- پیشینه تحقیق……………………… 3
1-2-1- کنترل سیستمهای بدون بکلش………… 3
1-2-2- کنترل سیستمهای حاوی بکلش………… 5
1-3- اهداف پایان نامه…………………… 7
فصل دوم: مدل ریاضی بکلش و شناسایی سیستمهای حاوی بکلش
2-1- معرفی مدل ریاضی سیستمهای بدون بکلش….. 10
2-2- معرفی مدلهای ریاضی سیستمهای حاوی بکلش.. 12
2-2-1- مدل Dead Zone……………………. 14
2-2-2- مدل بکلش با بهره گرفتن از توابع توصیفکننده 15
2-2-3- مدل هیسترسیس………………….. 15
2-2-4- مدل دقیق بکلش…………………. 16
2-3- روش شناسایی ارائه شده……………… 17
2-3-1- بلوک اول شناسایی………………. 18
2-3-2- بلوک دوم شناسایی………………. 22
عنوان صفحه
فصل سوم: کنترل سیستمهای حاوی بکلش
3-1- کنترل وفقی غیرمستقیم………………. 29
3-2- کنترل وفقی مستقیم بر اساس MRAC……… 33
3-3- کنترل با روش پسگام………………… 38
فصل چهارم: نتایج شبیهسازی
4-1- شبیهسازی سیستمهای حلقه باز…………. 50
4-1-1- سیستمهای حلقه باز بدون بکلش…….. 52
4-1-2- سیستمهای حلقه باز حاوی بکلش…….. 53
4-2- شبیهسازی سیستمهای حلقه بسته به روش کلاسیک 62
4-2-1- شبیهسازی سیستمهای حلقه بسته با بهره گرفتن از کنترلکننده پیشفاز………………………………. 62
4-2-2- شبیهسازی سیستمهای حلقه بسته با بهره گرفتن از کنترلکننده PID…………………………………. 64
4-3- شناسایی و کنترل وفقی غیرمستقیم…….. 69
4-4- کنترل وفقی مستقیم…………………. 74
4-5- کنترل با روش پسگام………………… 78
فصل پنجم: نتیجهگیری و پیشنهادات
5-1- نتیجه گیری……………………….. 84
5-2- پیشنهادات………………………… 85
فهرست منابع و مراجع……………………… 87
فهرست جدولها
عنوان صفحه
جدول 3-1- شروط تطبیق کنترل وفقی مستقیم……. 35
جدول 4-1- ضرایب کنترلکننده برای سیستمهای بدون بکلش و حاوی بکلش…………………………………… 65
جدول 4-2- نتایج شبیهسازی بلوک اول شناسایی…. 70
جدول 4-3- نتایج شبیهسازی بلوک دوم شناسایی…. 71
جدول 4-4- شروط تطبیق و شرایط اولیه پارامترهای 74
فهرست شکلها
عنوان صفحه
شکل 1-1- شماتیک کلی یک سیستم بدون بکلش…….. 4
شکل 1-2- شماتیک کلی سیستم حاوی بکلش……….. 5
شکل 2-1- شماتیک کلی یک سیستم بدون بکلش……. 11
شکل 2-2- بلوک دیاگرام سیستم بدون بکلش…….. 11
شکل 2-3- شماتیک کلی سیستمهای حاوی بکلش……. 13
شکل 2-4- بلوک دیاگرام یک سیستم حاوی بکلش با مدل بکلش Dead Zone 14
شکل 3-1- کنترل وفقی غیرمستقیم سیستمهای حاوی بکلش 32
شکل 3-2- مدل خطای 4……………………… 36
شکل 3-3- کنترل وفقی غیرمستقیم سیستمهای حاوی بکلش 33
شکل 3-4- کنترل موقعیت سیستمهای حاوی بکلش به روش پسگام 39
شکل 3-5- بلوک دیاگرام کنترل موقعیت بار سیستمهای حاوی بکلش به روش پسگام………………………………….. 48
شکل 4-1- شماتیک کلی یک سیستم دوجرمه بدون بکلش 50
شکل 4-2- شماتیک کلی یک سیستم دوجرمه حاوی بکلش 51
شکل 4-3- سرعت موتور سیستم حلقه باز بدون بکلش به ازای ورودی پله………………………………………. 52
شکل 4-4- سرعت بار سیستم حلقه باز بدون بکلش به ازای ورودی پله………………………………………. 52
شکل 4-5- زاویه موتور، بار و زاویه اختلاف سیستم حلقه باز بدون بکلش به ازای ورودی پله……………………….. 53
عنوان صفحه
شکل 4-6- زاویه بکلش، زاویه شفت و زاویه اختلاف برای سیستم حلقه باز حاوی بکلش به ازای ورودی پله………………. 54
شکل 4-7- زاوایای بکلش و اختلاف برای سیستم حلقه باز حاوی بکلش به ازای ورودی پله………………………….. 55
شکل 4-8- زاویه موتور سیستم حلقه باز حاوی بکلش به ازای ورودی پله………………………………………. 55
شکل 4-9- زاویه بار سیستم حلقه باز حاوی بکلش به ازای ورودی پله………………………………………. 56
شکل 4-10- سرعت زاویهای موتور سیستم حلقه باز حاوی بکلش به ازای ورودی پله………………………………. 56
شکل 4-11- سرعت زاویهای بار سیستم حلقه باز حاوی بکلش به ازای ورودی پله……………………………………. 56
شکل 4-12- زاویه شفت سیستم حاوی بکلش به ازای ضریب های کشسانی متفاوت شفت……………………………… 57
شکل 4-13- زاویه اختلاف سیستم حاوی بکلش به ازای ضریب های کشسانی متفاوت شفت……………………………… 58
شکل 4-14- زاویه شفت سیستم حاوی بکلش به ازای ضریب های میرایی متفاوت شفت……………………………… 58
شکل 4-15- زاویه اختلاف سیستم حاوی بکلش به ازای ضریب های میرایی متفاوت شفت……………………………… 59
شکل 4-16- زاویه موتور به ازای اندازه بکلش های متفاوت 60
شکل 4-17- زاویه بار به ازای اندازه بکلش های متفاوت 60
شکل 4-18- سرعت زاویهای موتور به ازای اندازه بکلش های متفاوت 61
شکل 4-19- سرعت زاویهای بار به ازای اندازه بکلش های متفاوت 61
شکل 4-20- زاویه اختلاف، به ازای اندازه بکلش های متفاوت 62
شکل 4-21- کنترل زاویه بار سیستم بدون بکلش با بهره گرفتن از کنترلکننده پیشفاز……………………….. 63
شکل 4-22- کنترل زاویه بار سیستم حاوی بکلش با بهره گرفتن از کنترلکننده پیشفاز……………………….. 64
شکل 4-23- کنترل زاویه بار سیستم بدون بکلش با بهره گرفتن از کنترلکننده PID…………………………… 65
شکل 4-24- کنترل زاویه بار سیستم حاوی بکلش با بهره گرفتن از کنترلکننده به ازای بکلش 0.03 رادیان……. 66
شکل 4-25- زاویه بکلش سیستم حاوی بکلش با بهره گرفتن از کنترلکننده به ازای بکلش 0.03 رادیان…………………. 67
شکل 4-26- کنترل زاویه بار سیستم با بکلش 0.03 رادیان، به ازای …………………………………….. 68
عنوان صفحه
شکل 4-27- زاویه بکلش سیستم حاوی بکلش، به ازای 68
شکل 4-28- گشتاور واقعی شفت و گشتاور تخمین زده شده توسط بلوک اول شناسایی………………………………… 70
شکل 4-29- سیگنال تخمین زده شدهی زاویه پیچشی شفت در مقایسه با مقدار واقعی آن………………………….. 72
شکل 4-30- سیگنال تخمین زده شدهی سرعت زاویهای پیچشی شفت در مقایسه با مقدار واقعی آن……………………….. 72
شکل 4-31- کنترل وفقی غیرمستقیم سیستم حاوی بکلش در مقایسه با سیستم با پارامترهای معلوم……………………… 73
شکل 4-32- کنترل وفقی مستقیم سیستم حاوی بکلش با بکلش 0.03 رادیان (1.72 درجه)…………………………….. 75
شکل 4-33- زاویه بار سیستم، زاویه بکلش و خروجی مدل مرجع در کنترل وفقی مستقیم…………………………….. 76
شکل 4-34- اغتشاش سینوسی وارده به سمت بار در طول مدت زمان کنترل وفقی مستقیم…………………………….. 76
شکل 4-35- کنترل وفقی مستقیم سیستم حاوی بکلش با بکلش 0.5 درجه و در حضور اغتشاش سینوسی……………………. 77
شکل 4-36- اغتشاش سینوسی کلی وارده به سمت بار در طول مدت زمان کنترل وفقی مستقیم……………………….. 78
شکل 4-37- کنترل پسگام سیستم حاوی بکلش با ماکزیمم بکلش 0.3 رادیان………………………………………. 79
شکل 4-38- حالت گذرای متغیرهای ….. 79
شکل 4-39- حالت گذرای متغیر …………….. 80
شکل 4-40- اغتشاش سینوسی وارده به سمت بار در طول مدت زمان کنترل پسگام………………………………….. 81
شکل 4-41- کنترل پسگام سیستم حاوی بکلش با ماکزیمم بکلش 0.5 درجه………………………………………. 81
فصل اول
1- مقدمه
1-1- بیان مسئله
بکلش[2] به نوعی لقی بین قطعات متحرک مکانیکی گفته میشود که تقریباً در تمامی سیستمهای مکانیکی موجود است. از جمله این سیستمها میتوان به چرخدندهها، جعبهدندهها، قسمتهای متحرک و تا شوندهی رباتها اشاره کرد. در حالت کلی میتوان گفت در هر سیستمی که قسمت رانش[3] یا موتور بطور مستقیم به قسمت رانده شده[4] یا بار[5] متصل نباشد بکلش وجود خواهد داشت [1].
از آنجا که از طرفی پدیده بکلش در بسیاری از قطعات متحرک و ابزار مکانیکی موجود میباشد و از طرف دیگر کنترل این قطعات و ابزار حاوی بکلش از اهمیت زیادی برخوردار است، در نتیجه این موضوع حجم وسیعی از تحقیقات علمی را به خود اختصاص داده است؛ بطوری که از دهه 40 میلادی تحقیق و بررسی این پدیده غیرخطی عملاً بصورت جدی مورد توجه قرار گرفته و بسیاری از محققان بدلیل اهمیت کنترل این پدیده، کنترل بهینه قطعات و ابزار حاوی بکلش را بررسی کردهاند.
بدیهی است که کنترل دقیق بار در سیستمهایی که در آن پدیده بکلش وجود دارد، یک امر پیچیده میباشد. در کنترل سیستمهای حاوی بکلش، لحظاتی وجود دارند که فاصله بکلش[6] باز میباشد و تماس بین موتور و بار عملاً از بین میرود. این امر در دو حالت ممکن است اتفاق بیفتد: 1- زمانی که اغتشاش بر روی بار وجود دارد 2- زمانی که موتور یک چرخش تصحیحکننده در جهت خلاف حرکت بار برای کنترل آن انجام میدهد. زمانی که فاصله بکلش باز میباشد حرکت بار خودمختار[7] بوده و نیروی تولیدی توسط موتور فقط موتور را میچرخاند و هیچ تأثیری روی بار نخواهد داشت. در برداشت اول این چنین به نظر میرسد که در لحظاتی که فاصله بکلش باز میباشد، بار کنترلناپذیر میباشد ولی با بهره گرفتن از تکنیکهای کنترلی ارائه شده میتوان بار را بطور مناسبی کنترل کرد.
1-2- پیشینه تحقیق
کنترل سیستمهای بدون بکلش و سیستمهای حاوی بکلشِ درایو موتوری یا گردشی دوجرمه، موضوعی است که تقریباً از نیمه اول قرن بیستم تاکنون به آن پرداخته شده است. کنترلکنندههای P، PI و PID، کنترلکنندههای با درجه بالا[8]، کنترلکنندههای مبتنی بر متغیرهای حالت[9] و کنترلکنندههای مبتنی بر تخمینگرها[10] از جمله کنترلکنندههای خطی موجود برای کنترل این سیستمها میباشند. استفاده از پیشبارگذار[11] بعنوان یکی از روشهای بکار برده شده هم در کنترلکنندههای خطی و هم در کنترلکنندههای غیرخطی و استفاده از کنترلکنندههای فازی[12] و کنترلکنندههای سویچینگ از جمله دیگر تکنیکهای استفاده شده برای کنترل این سیستمها میباشند [1]. در ادامه مروری بر تحقیقات گذشته در این زمینه انجام میشود.
1-2-1- کنترل سیستمهای بدون بکلش
برای کنترل اغلب سیستمهای مکانیکی موجود، میتوان آنها را بصورت یک سیستم چندجرمه[13] که توسط شفت[14]های انعطافپذیر یا فنرها به هم متصل شدهاند مدلسازی کرد [2]. در بسیاری از موارد میتوان سیستمهای مکانیکی را ساده کرد و آنها را با یک سیستم دوجرمه که جرم اول آن موتور و جرم دوم آن بار و شفت میباشد مدلسازی کرد. در اغلب این سیستمها شفت بدون جرم یا بدون اینرسی در نظر گرفته میشود. از جمله این سیستمها میتوان به بازوی ربات[15] [3]، [4]، [5] و ماشین غلتک [6]، [7] اشاره کرد. شماتیک کلی سیستمهای بدون بکلش در شکل 1-1 نشان داده شده است.
شکل 1-1- شماتیک کلی یک سیستم بدون بکلش
کنترل سیستمهای بدون بکلش را در حالت کلی میتوان به سه روش زیر دسته بندی کرد:
- کنترلکننده PI
- کنترلکنندههای با درجه بالا
- کنترلکنندههای غیرخطی و وفقی
استفاده از کنترلکننده PI یکی از رایجترین و پرکاربردترین کنترلکنندهها برای سیستمهای کشسان[16] بویژه برای سیستمهای دوجرمه میباشد که در [6]، [8]، [9]، [10]، [11] و [12] بکار برده شده است. کنترلکنندههای PI از نظر کیفیت دارای یک سری محدودیتهایی میباشند. بعنوان مثال، به ازای نسبتهای بزرگ ممان اینرسی بار به موتور، نمیتوان به پهنای باند مناسب حلقه بسته با کنترلکننده PI رسید [8]. اگر این نسبت خیلی کم باشد، کنترل کردن این سیستمها بسیار سخت خواهد شد [2]. بعبارت دیگر کنترل سیستمهایی که ممان اینرسی موتور و بار آنها تقریباً با هم برابر است، آسانتر میباشد. بهینه متقارن[17] یکی از روشهای مناسب برای تنظیمکردن ضرایب کنترلکننده PI معرفی شده است [4]. کنترلکننده PI برای کنترل سرعت موتور در سیستمهای دوجرمهای که دارای عدم قطعیت و تأخیر زمانی میباشند در [13] آنالیز شده است.
برای مواجه نشدن با محدودیتهای کنترلکننده PI، بسیاری از محققان، فیدبک سرعت از سمت موتور را پیشنهاد داده اند. در بسیاری از مقالات از جمله در [4] و [9]، با طراحی تخمینگر گشتاور شفت و کنترلکننده PI، سیستمهای دوجرمه بدون بکلش را با کنترلکنندههای درجه بالا کنترل کردهاند. از جمله دیگر کنترلکنندههای با درجه بالا میتوان به طراحی کنترلکننده با بهره گرفتن از کنترل بهینه دوجملهایهای خطی[18] اشاره کرد [14]. جایابی چند مدلهی قطب ها[19] [15]، استفاده از روش کنترلی LQG/LTR در [16] و کنترلکنندههای [17] از جمله دیگر کنترلکنندههای با درجه بالا میباشند.
تکنیکهای غیرخطی و وفقی متفاوتی برای کنترل سیستمهای بدون بکلش ارائه شده است. از جمله این روشها میتوان به کنترلکنندههای با ساختار متغیر[20] اشاره کرد که در [18] و [19] استفاده شده است. کنترل وفقی بر اساس مدل مرجع در [20]، [21] و [22] و جایابی وفقی قطب ها[21] در [3]، [23] و [24] از جمله دیگر تحقیقات انجام شده برای کنترل سیستمهای بدون بکلش میباشد.
[1] Linear in parameter models
[2] Backlash
[3] Driving member
[4] Driven member
[5] Load
[6] Backlash gap
[7] Autonomous
[8] High order linear controllers
[9] State feedback controllers
[10] Observer based controllers
[11] Preload
[12] Fuzzy controllers
[13] Multimass system
[14] Shaft
[15] Robot arm
[16] Elastic systems
[17] Symmetric optimum
[18] Linear quadratic optimal control
[19] Multi-model pole placement
[20] Variable structure control
[21] Adaptive pole placement
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 :118
قیمت : 14700 تومان
—-
پشتیبانی سایت : * serderehi@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
