متن کامل پایان نامه مقطع ارشد مهندسی برق کنترل

با عنوان : طراحی کنترل کننده های هوشمند PID برای سیستم چند متغیره غیرخطی

تعداد صفحات : 132

چکیده

در این پایان نامه به طراحی کنترل کننده هوشمند PID برای سیستم های چند متغیره پرداخته می شود. نخست، یک سیستم خبره برای طراحی و تنظیم کنترل کننده های PID یک ورودی – یک خروجی معرفی میگردد. در این روش با استفاده از آزمایش فیدبک رلهای و روش زیگلر – نیکولز و یا با استفاده از آزمایش پاسخ پله حلقه باز، یک کنترلکننده اولیه طراحی میشود. معمولا پاسخ به دست آمده از این روشها، مشخصه های مناسبی ندارد و بایستی کنترلکننده دقیق تر تنظیم گردد. بنابراین سیستم خبره بهره های PID را به منظور یافتن پاسخ حلقه بسته بهتر، تغییر میدهد. این تنظیم کننده خبره بر اساس تشخیص الگو عمل میکند و با به کارگیری قوانینی که تجربیات مهندسین کنترل در آنها گنجانده شده است، تغییر بهره ها را انجام میدهد. سیستم خبره نیازی به مدل فرآیند ندارد و مراحل مختلف طراحی و تنظیم کنترل کننده، بر اساس مشاهده خروجی فرآیند انجام میگردد. سپس این سیستم خبره به منظور طراحی و تنظیم کنترل کننده های PID چند متغیره متمرکز و غیر متمرکز، تعمیم داده میشود. در نهایت، تنظیم کننده خبره بر روی سیستمهای مختلف از جمله یک فرآیند چند متغیره غیرخطی، اعمال میشود. نتایج به دست آمده از شبیه سازی، کارایی سیستم خبره را در طراحی و تنظیم کنترل کننده های PID نشان می دهد.

مقدمه

کنترل کننده PID  رایج ترین کنترل کننده در فرآیند های صنعتی می باشد. این کنترل کننده به دلیل مقاوم بودن در محدوده وسیعی از شرایط کاری و کارایی نسبتاً بالا، نسبت به سایر کنترل کننده ها، بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل دیگر این مساله، سادگی عملکرد و قابل فهم بودن آن می باشد. مشکل اصلی این گونه کنترل کننده ها، چگونگی یافتن مقدار بهینه ای برای بهره های تناسبی، انتگرالی و مشتقی است به گونه ای که پاسخ حلقه بسته سیستم، مشخصه های مناسبی داشته باشد.

اغلب فرآیندهای صنعتی، سیستم چند متغیره می باشند. در این سیستم ها ورودی های مختلف بر روی خروجی های مختلف تاثیر می گذارند. بیشتر تحقیقات به موضوع تنظیم پارامترهای کنترل کننده PID، در سیستم های یک وروددی- یک خروجی می پردازند و در زمینه سیستم های چند متغیره کارهای کمتری انجام شده است. در سیستم های چند متغیره تداخل بین کانال های مختلف، مشکلاتی را برای عمل کنترل ایجاد می کند. به علاوه اگر چه روشهای مختلفی برای تنظیم کنترل کننده های PID ارائه شده است، اما در بیشتر آنها فرضیاتی مانند خطی بودن فرآیند، در نظر گرفته می شود. اگر فرآیند خطی بوده و مدل ریاضی ساده ای برای آن وجود داشته باشد، شاید بتوان روشی تحلیلی برای تنظیم کنترل کننده یافت، اما در دنیای واقعی، فرآیندها غیر خطی و بسیار پیچیده می باشند و مدل های بدست آمده از آنها برای استفاده در روشهای تحلیلی مناسب نیستند . از این رو طراحی کنترل کننده PID برای سیستم های چند متغیره غیرخطی، میتواند فواید زیادی در مسائل تئوری و کاربردهای صنعتی داشته باشد.

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه

کنترل کننده PID رایج ترین کنترل کننده در فرآیند های صنعتی می باشد. این کنترل کننده به دلیل مقاوم بودن در محدوده وسیعی از شرایط کاری و کارایی نسبتا بالا ، نسبت به سایر کنترل کننده ها، بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل دیگر این مساله، سادگی عملکرد و قابل فهم بودن آن می باشد. مشکل اصلی این گونه کنترل کننده ها، چگونگی یافتن مقدار بهینه ای برای بهره های تناسبی، انتگرالی و مشتقی است به گونه ای که پاسخ حلقه بسته سیستم، مشخصه های مناسبی داشته باشد.

اغلب فرآیندهای صنعتی، سیستم چند متغیره می باشند. در این سیستم ها ورودی های مختلف بر روی خروجی های مختلف تاثیر می گذارند. بیشتر تحقیقات به موضوع تنظیم پارامترهای کنترل کننده PID، در سیستمهای یک ورودی – یک خروجی می پردازند و در زمینه سیستم های چند متغیره کارهای کمتری انجام شده است. در سیستم های چند متغیره تداخل بین کانال های مختلف، مشکلاتی را برای عمل کنترل ایجاد می کند. به علاوه اگر چه روشهای مختلفی برای تنظیم کنترل کننده های PID ارائه شده است، اما در بیشتر آنها فرضیاتی مانند خطی بودن فرآیند، در نظر گرفته می شود. اگر فرآ یند خطی بوده و مدل ریاضی ساده ای برای آن وجود داشته باشد، شاید بتوان روشی تحلیلی برای تنظیم کنترل کننده یافت، اما در دنیای واقعی، فرآیندها غیرخطی و بسیار پیچیده می باشند و مدل های بدست آمده از آنها برای استفاده در روشهای تحلیلی مناسب نیستند. از این رو طراحی کنترل کننده PID برای سیستم های چند متغیره غیرخطی، میتواند فواید زیادی در مسائل تئوری و کاربردهای صنعتی داشته باشد.

روشی که در این پایان نامه برای طراحی کنترل کننده PID به کار میگیریم، استفاده از سیستم های خبره مبتنی بر قوانین خواهد بود. اینگونه روشها یک مدل واضح از سیستم را، مورد استفاده قرار نمی دهند و به جای آن تنظیم پارامترها بر اساس ایده تنظیم دستی یک مهندس با تجربه انجام می شود. در روشی که به کار خواهیم برد، ابتدا پاسخ سیستم حلقه بسته با کنترل کننده PID، را به ازای یک دسته پارامتر اولیه می یابیم. سپس با توجه به شکل بدست آمده، آن را در یکی از چند الگوی تعریف شده برای پاسخ، دسته بندی می کنیم و مشخصه هایی از پاسخ مانند زمان صعود، مقدار فراجهش و… را تعیین می کنیم. حال اگر پاسخ بدست آمده ملزومات طراحی را برآورده نکند، با به کار بردن یکی از قوانین موجود در پایگاه قوانین، مقدار پارامترهای کنترل کننده را تغییر داده و دوباره پاسخ سیستم حلقه بسته را بدست می آوریم. اگر به پاسخ مورد نظر دست نیافته باشیم، مراحل فوق را تا زمانی تکرار خواهیم کرد که به پاسخ قابل قبول برسیم. انتخاب اینکه در هر مرحله چه قانونی را به کار ببریم با توجه به نوع پاسخ جاری و مقدار مشخصه های آن، تعیین میگردد.