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 اول

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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 :       *      [email protected]

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.

—  — —