طرح های پژوهشی و تحقیقاتی دانشگاه ها در مورد کنترل غیرخطی بهینه ... |
۲‑۲۷
شکل۲‑۲: پاسخ سیستم حلقه بازجرثقیل باشتاب ارابهای صفر و بادپایه برابر (m/s)5/0
شکل۲‑۳: پاسخ سیستم حلقه بازجرثقیل باشتاب ارابهای صفر و بادپایه برابر (m/s)5/0-
شکل۲‑۴: پاسخ سیستم حلقه بازجرثقیل باشتاب ارابهای(m/s2)2 درثانیه اول و بادپایه (m/s)5/0
شکل۲‑۵:پاسخسیستمحلقه بازجرثقیلباشتابارابهای(m/s2)2درثانیهاولوبادپایه (m/s)5/0-
همانطوریکه در شکلهای ۲-۲، ۲-۳، ۲-۴ و۲-۵ مشاهده می شود پاسخ سیستم حلقه باز در هر دو مقدار باد پایه مثبت و منفی، متغیر حالت اول ( ) ناپایدار شده و برای سایر متغیرها نیز رفتار نوسانی را مشاهده میکنیم. این پاسخها بیانگر اینست که کانتینر از صفحه لغزنده جدا شده و به جلو(شکل۲‑۲) و به عقب(شکلهای۲-۳، ۲-۴ و۲-۵) پرتاب می شود. نکته قابل توجه اینکه با داشتن شتاب در حرکت ارابه میزان انحراف صفحه لغزنده نیز افزایش مییابد؛ و در واقع میتوان نتیجه گرفت کنترل کانتینر در این حالت به مراتب دشوارتر از حالتی است که ارابه شتابی ندارد. البته این مسئله از اول هم بدیهی بود و تلاش طراحان کنترل کننده بر امکان افزایش شتاب ارابه میباشد. با این کار سرعت حمل و نقل در بنادر بالا میرود.
( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )
جمعبندی
در این فصل پس از اینکه یک مدلسازی غیرخطی برای جرثقیلهای حامل کانتینر بر اساس مکانیزم پیشنهادی [۱۴]و همچنین اغتشاش باد معرفی شد، در حالتهایی که ارابه فاقد شتاب و همچنین شتاب (m/s2)2 در ثانیه اول خود داشت با اعمال اغتشاش باد پاسخ سیستم بسیار نامطلوب بود، به گونه ای که رفتار یکی از حالتها بسیار ناپایدار شد، که این پاسخ نامطلوب با وجود شتاب ارابه تشدید میگردید، همچنین رفتار سایر حالتها نیز ناپایدار میشد. همانطور که انتظار میرفت، با توجه به نتایج بهدست آمده از رفتار سیستم وجود یک کنترل کننده برای عملکرد صحیح سیستم اجتناب ناپذیر میباشد. در فصلهای آینده نحوه طراحی و عملکرد این کنترل کننده را بررسی مینمایم.
فصل سوم: کاهش و تضعیف اثر اغتشاش توسط کنترل کننده SDRE
مقدمه
در طول دهههای ۵۰ و ۶۰ میلادی، کاربردهای مهندسی هوا و فضا، به منظور اینکه یک تابع معینی را کمینه بکنند، به طور وسیعی به تشویق دانشمندان برای توسعه کنترل بهینه پرداختند. نتیجه حاصل از این کاربردهای بسیار مفید، به طراحی تنظیمکننده[۵۳]ها (که در آن یک حالت پایداری باید حفظ بشود.) و استراتژی کنترل ردیاب[۵۴] (که در آن یک مسیر[۵۵] از پیش تعیینشده را باید تعقیب بکنند.) منجر شد. مسالهی مسیر بهینه پرواز برای فضاپیماها، در میان این کاربردها، قرار دارد. به طور خاص نظریه[۵۶]ی کنترل بهینه خطی، به شکل کاملاً گستردهای مورد استناد و کاربرد قرار گرفته است. کارخانه[۵۷] تحت کنترل، در این نظریه خطی فرض شده است. همچنین پسخورد در آن، با توجه به ورودی آن، به صورت خطی محدود شده است. اگر چه در سالهای اخیر، به دلیل در دسترس بودن ریزپردازندههای[۵۸] با توان مصرفی پایین قدرتمند، به پیشرفتهای قابل ملاحظهای در نظریه و کاربردهای کنترل غیرخطی رسیدهایم.
امروزه در دوره رقابتی، تغییر سریع در تکنولوژی و اکتشافات فضایی، به دقتی بالا درهزینههای کنترل سیستمهای غیرخطی نیاز است. این مساله باعث سرعت بخشیدن به توسعه سریع کنترل غیرخطی، به منظور کاربردهای بوجود آمده برای به مبارزه طلبیدن مسایل پیچیده دینامیکی موجود در جهان، شده است. این کاربردها، به طور خاص، اهمیت کاربری بالایی در هوا فضا، زیردریاییها و صنایع دفاعی دارند. اگرچه، با وجود پیشرفتهای اخیر بسیاری از مسایل حل نشده باقی ماندهاند، تا حدی که اغلب متخصصین از ناکارآمدی نظریه های کنونی به تنگ آمدهاند. به طور مثال اغلب روشهای توسعه یافته دارای کابردهای محدودی، به دلیل شرایط سختی که به سیستم تحمیل میشوند، میباشند. علاوه بر این، اگر چه بسیاری از روشها از دید نظری توسعه قابل قبولی داشته اند؛ ولی کمبود یک استراتژی منحصر به فرد، که علاوه بر پایداری[۵۹] قادر به رسیدن به کارآیی و مقاوم بودن راضیکننده ای در سیستمهای گوناگون غیرخطی باشد، احساس می شود. طراحان سیستمهای کنترلی به تلاش برای رسیدن به الگوریتمهای کنترلی روشمند[۶۰]، ساده و بهینهکننده کارآیی(به منظور تدارک یک تعادل[۶۱] بین تلاش کنترلی و خطای حالات) ادامه می دهند.
معادله ریکاتی وابسته به حالت (SDRE) در جامعه کنترل، یک استراتژی مشهور است که در دهه اخیر بسیار مقبول واقع شده است. این استراتژی یک الگوریتم بسیار کار آمدی را برای ترکیب کنترل کنندههای با پسخورد غیرخطی به وجود آورده است. در این روش شرایط غیرخطی را در حالت سیستم، به صورت یک ماتریس سیستم وابسته به حالت وارد میکنیم. در عمل این ماتریس وابسته به حالت، انعطافپذیری طراحی ما را بالا میبرد. این روش را ابتدا پیرسون[۶۲] در سال ۱۹۶۲ ارائه داد. سپس ورنلی و کوک[۶۳] آن را در سال ۱۹۷۵ توسعه دادند. در سال ۱۹۸۸ مراکک و کلوتیر[۶۴] آن را به صورت مستقل مورد بررسی قرار دادند. لازم به ذکر است که فریدلند[۶۵] نیز در سال ۱۹۹۶، به آن اشارهای غیر مستقیم نمود [۲۰].
این روش در بسیاری از کاربردها بکار گرفته شده است. از جمله این کاربردها میتوان به کنترل موتور همزمان [۲۱]، کنترل موقعیت و ارتفاع فضاپیما [۲۲]، پایدارسازی پاندول معکوس [۲۳] ومدیریت دارو در درمان سرطان [۲۴] اشاره نمود.
به روش شامل فاکتور گرفتن از بردار حالت پارامتری کردن میگویند. ماتریس ضریب حالت در این روش، وابسته به همان بردار حالت میباشد. در نتیجه سیستم غیرخطی ما، تبدیل به یک ساختار خطی غیریکتا خواهد شد. ماتریس حالت این ساختار جدید را، ماتریس ضریب وابسته به حالت[۶۶] مینامند. همانند کنترل بهینه خطی، باید یک تابعی[۶۷] غیرخطی درجه دو را بهینه نمود. سپس معادله ریکاتیای خواهیم داشت، که با توجه به ماتریسهای وابسته به حالت درون آن، وابسته به حالت خواهد بود. ضرایب این معادله با تغییر نقاط معادله حالت، تغییر خواهند نمود. با حل این معادله، به یک پاسخ زیر بهینه[۶۸] خواهیم رسید. عدم یکتایی پارامتری کردن، درجات آزادی بیشتری را ایجاد میکند. میتوان از این افزایش درجات آزادی، برای افزایش کارآیی کنترل کننده استفاده نمود.
نکته قابل ذکر در شرایط غیرخطی، غیرخطی بودن ورودی کنترل کننده میباشد. مشکل این نوع از غیرخطی بودن این است که منجر به پیچیدگی در محاسبات عددی، به منظور پیادهسازی کنترل کننده می شود. به همین دلیل در بیشتر روشهایی که برای حل معادله [۶۹]SDRE ارائه شده اند؛ سیستم را به صورت افاین[۷۰] در نظر گرفتهاند. در این گونه سیستمها تنها حالات،به صورت غیرخطی میباشند. با دقت در رابطه۳‑۱ مشاهده میکنید که ورودی کنترلی، وابستگی خطیای وجود دارد.
۳‑۱
اما ورنلی و کوک به حل معادله SDRE در حالت عمومیتری، که حتی در ورودی هم غیرخطی است پرداختهاند[۲۵].
۳‑۲
این نوع از سیستمها، به یک پیچیدگی مهمی در روش کنترلی بر مبنای معادلات SDRE منجر خواهند شد. دلیل آن هم این است که ما به خاطر غیرخطی بودن ورودی، قادر به یافتن رابطه مستقیم برای u، که آن u، وابسته به پارامتر x باشد،نخواهیم بود. از آنجا که جرثقیلهای حامل کانتینر ورودی غیرخطی ندارند؛ مدل غیرخطی آنها به صورت افاین خواهد بود. همانطور که در فصل دوم نیز اشاره شد، در این کار به خاطر اینکه یک اغتشاش خارجی (باد) به سیستم وارد می شود، رابطه افاین به صورت زیر بیان میگردد:
۳‑۳
فرم در حال بارگذاری ...
[دوشنبه 1400-09-29] [ 06:07:00 ق.ظ ]
|