پیاده سازی کنترل مد لغزشی فازی – تطبیقی بر روی سیستم روبات سیار چرخ دار
دسته بندي :
کالاهای دیجیتال »
رشته برق و مخابرات (آموزش_و_پژوهش)
فرمت فایل:PDF
تعداد صفحه:92
پایان نامه براي دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسي برق - کنترل
فهرست مطالب :
چكيده................................................................................................... ١
مقدمه ................................................................................................... ٢
فصل اول: آليات..................................................................................... ٣
١- طرح موضوع................................................................................ ٤ - ١
٢- ساختار فصول................................................................................ ٥ - ١
فصل دوم: سيستم های فازی و تطبيقی.......................................................... ٦
١- مقدمه ........................................................................................... ٧ - ٢
٢- سيستم های فازی............................................................................ ٧ - ٢
١- فازی سازها .............................................................................. ١٢ -٢- ٢
٢- پايگاه قواعد فازی....................................................................... ١٤ -٢- ٢
٣- موتور استنتاج فازی..................................................................... ١٥ -٢- ٢
٤- غيرفازی ساز ............................................................................ ١٧ -٢- ٢
٣-کنترل کننده های تطبيقی .................................................................... ١٩ - ٢
٤- سيستم های تطبيقی........................................................................... ٢١ - ٢
٥- چه زمانی از کنترل تطبيقی استفاده بايد کرد ........................................... ٢٢ - ٢
٦- ساختار کنترل کننده های تطبيقی ........................................................ ٢٢ - ٢
٧ -انواع کنترل تطبيقی: مستقيم و غير مستقيم ............................................. ٢٣ - ٢
١-کنترل تطبيقی غير مستقيم .............................................................. ٢٣ -٧- ٢
٢- کنترل تطبيقی مستقيم ................................................................... ٢٤ -٧- ٢
٨ - ساختارهای کنترل تطبيقی................................................................. ٢٥ - ٢
١- جدول بندی بهره.......................................................................... ٢٦ -٨- ٢
٢- کنترل کننده های تطبيقی مدل مرجع.................................................. ٢٦ -٨- ٢
٣- رگولاتورهای خود تنظيم ............................................................... ٢٧ -٨- ٢
٩- مشکل کنترل تطبيقی و مزيت آن......................................................... ٢٩ - ٢
١٠ - سيستم های فازی تطبيقی................................................................. ٢٩ - ٢
١١ - مزيت کنترل کننده فازی-تطبيقی نسبت به کنترل کننده تطبيقي رايج............ ٣٠ - ٢
١٢ - جمع بندی.................................................................................... ٣٢ - ٢
فصل سوم: کنترل کننده مد لغزشی .............................................................. ٣٤
١- مقدمه ........................................................................................... ٣٥ - ٣
٢- مسائل مقدماتي در مورد آنترل آننده هاي ساختار متغير............................. ٣٦ - ٣
٣- مختصري از تاريخ آنترل ساختار متغير ............................................... ٣٩ - ٣
٤- نامعينی......................................................................................... ٤١ - ٣
٥- معرفی کنترل کننده مد لغزشی ............................................................ ٤٣ - ٣
٦- سطح هاي لغزشي ........................................................................... ٤٥ - ٣
٧- روند طراحي آنترل آننده مدلغزشي..................................................... ٤٥ - ٣
١- آنترل مدلغزشي سيستم هاي خطي..................................................... ٤٥ -٧- ٣
٢- طراحي آنترل آننده مدلغزشي براي سيستمهای غيرخطي ...................... ٤٨ -٧- ٣
١- روند طراحی کنترل کننده مد لغزشی در دو مرحله............................ ٥٠ -٢-٧- ٣
٢- تقريب پيوسته از قانون کنترلي..................................................... ٥٣ -٢-٧- ٣
٨- نوسانات فرآانس بالا در آنترل آننده مدلغزشي....................................... ٥٤ - ٣
٩- معايب استفاده از کنترل کننده مد لغزشی................................................ ٥٥ - ٣
١٠ - کنترل فازی مد لغزشی ................................................................... ٥٦ - ٣
١١ - جمع بندی.................................................................................... ٥٧ - ٣
فصل چهارم: پياده سازی کنترل کننده مد لغزشی مد لغزشی - فازی ..................... ٥٨
١- مدل ديناميکی روبات سيار چرخ دار.................................................... ٥٩ - ٤
٢- طراحی کنترل کننده مد لغزشی ........................................................... ٦١ - ٤
٣- کنترل مد لغزشی فازی – تطبيقی......................................................... ٦٨ - ٤
٤- عملکرد سيستم فازی – تطبيقی ........................................................... ٧١ - ٤
٥- کنترل فازی- تطبيقی به همراه کنترل مد لغزشی...................................... ٧٣ - ٤
٦- جمع بندی...................................................................................... ٧٦ - ٤
فصل پنجم: نتيجه گيری و پيشنهادات آينده .................................................... ٧٧
مراجع.................................................................................................. 79
چکیده :
در سالهای اخير کنترل کننده های مد لغزشی بسيار مورد تحقيق و بررسی قرار گرفته اند. اما تعيين سطح لغزش مناسب و غلبه بر مشکل Chattering از جمله مهمترين عوامل محدود کننده استفاده از اين روش کنترلی هستند. برای حل اين مشکل روشهای متعددی ارائه شده است. يکی از اين روش ها، ترکيب کنترل کننده مد لغزشی با مفاهيم فازی و تطبيقی است.
در اين پايان نامه برای کنترل يک روبات سيار از کنترل فازی- تطبيقی همراه با مد لغزشی استفاده شده است. بدين ترتيب که ابتدا مدل ديناميکی سيستم استخراج شده است. سپس براساس اين مدل، کنترل کننده مد لغزشی طراحی ميشود. نتايج حاصل از اين کنترل کننده نشان می دهد که سيگنال کنترلی رفتار نامطلوبی دارد.
در صورت استفاده از کنترل کننده فازی – تطبيقی نيز مشاهده ميشود که پاسخ سيستم در لحظات اوليه حرکت مطلوب نيست و برای تطبيق کامل قوانين فازی زمان زيادی لازم است. در نهايت کنترل کننده فازی – تطبيقی همراه با مد لغزشی طراحی ميشود که نتايج حاصل از آن بيانگر رفتار مناسب سيستم از لحاظ زمان پاسخ دهی و شکل سيگنال کنترلی است.
معادلات رياضی نمی توانند به طور دقیق سیستم فیزیکی واقعی را مدل کنند و همواره نامعینی وجود دارد. نامعینی بدین معنی است که ما با وجود در اختیار داشتن ورودی و اندازه آن نمی توانیم خروجی سیستم فیزیکی واقعی را پیش بینی و تعیین کنیم. بنابراین ما نسبت به سیستم نامطمئن هستیم.
دو روش جهت مواجهه با مدل های نامعین وجود دارد. کنترل مقاوم و کنترل تطبیقی. کنترل مود لغزشی روشی از کنترل مقاوم می باشد.
به طور خلاصه هدف این کنترل کننده قرار دادن کلیه مسیرهای حالت سیستم بر یک سطح پایدار می باشد تا پس از آن مسیرهای حالت سیستمبر روی آن سطح به سمت نقطه مورد نظر (نقطه تعادل) لغزش یابند. انتخاب این سطح سبب می شود تا صورت مساله از پایداری و کنترل یک سیستم مرتبه بالاتر به مساله پایداری سیستم مرتبه یک تبدیل شود. باید توجه داشت که کنترل سیستم مرتبه اول بسیار ساده تر خواهد بود.
فصل اول:
کلیات
1-1- طرح موضوح
امروزه با توسعه و پیشرفت سیستم های خودکار نیاز به استراتژی های کنترلی مناسب بیش از پیش احساس می شود. از این رو تئوری های مختلفی برای کنترل این گونه سیستم ها ارائه شده است. تئوری هایی نظیر کنترل کننده های کلاسیک (PI، PID و…)، کنترل کننده های فازی، کنترل کننده های مد لغزشی و… هریک از این کنترل کننده ها در برخی از سیستم ها عملکرد مناسبی از خود بروز می دهند و در برخی دیگر خیر.
لذا برخی از تئوری پردازان تلاش کرده اند با ترکیب این تئوری ها، به شیوه جدیدی برای کنترل سیستم ها دست یابند تا از مزایای آنها تواما استفاده کنند.
یکی از سیستم هایی که دارای دینامیک نسبتا پیچیده ای است و با بسیاری از شیوه های کنترلی رایج عملکرد مناسبی از خود بروز نمی دهد، سیستم روبات سیار است. در سیستم کنترل این ربات باید با استفاده از گشتاور مناسب، ربات را در مسیر مناسب از پیش تعیین شده ای به حرکت درآورد. اما از آنجا که کلیه مدل های سیستم های فیزیکی، به سبب دقت اندازه گیری محدود و نیز تاثیر عواملی چون اغتشاش و نویز دارای نامعینی هستند. لذا از کنترل کننده مد لغزشی که روشی از کنترل مقاوم می باشد، جهت مواجهه با نامعینی های موجود در مدل استفاده می شود. در کنترل به روش مد لغزشی، هدف راندن مسیرهای حالت سیستم بر روی یک سطح لغزش انتخاب شده توسط طراح در فضای حالت و حفظ مسیرهای حالت بر آن سطح می باشد. کنترل مد لغزشی کاربردهای موفقیت آمیز بسیاری در سیستم های کنترل مقاوم داشته است. در این روش رفتار دینامیک وضعیت سیستم با انتخاب مناسب سطح لغزشی تعیین می شود. همچنین پاسخ سیستم می تواند به یک پاسخ سریع، همراه با پایداری، دفع آشفتگی و عدم حساسیت به متغیرهای پارامتری سیستم دست یابد. با وجود همه پیشرفت های انجام شده در حوزه طراحی کنترل کننده های مد لغزشی، این کنترل کننده ها از برخی کمبودها رنج می برند. از جمله مشکلاتی که در برخورد با این کنترل کننده وجود دارد، نوسانات فرکانس بالا در سیگنال کنترلی می باشد. با توجه به اینکه این نوسانات فرکانس بالا می تواند دینامیک های مدل نشده سیستم تحت کنترل را تحریک نماید، لذا باعث عدم دقت شبیه سازی ها و عدم تطابق آن با واقعیت خواهد شد. این نوسانات می توانند باعث برود اشکال و کاهش عمر محرک های سیستم نیز گردند.
در سال های اخیر تحقیقاتی صورت گرفته که روش های طراحی کنترل فازی مبتنی بر کنترل مد لغزشی را مطرح می کند. تجمیع سیستم های فازی با کنترل کننده مد لغزشی در مثال های متنوعی دیده می شود. با مطرح شدن مفهوم کنترل فازی برای کنترل مد لغزشی و فازی سازی سطح لغزش، نوسانات فرکانس بالا در سیستم مد لغزشی بهبود یافته است. قوانین کنترل فازی می توانند با توجه به شرایط دسترسی به کنترل مد لغزشی به طور سیستماتیک تعریف شوند و در این روش ها مشکلات پیاده سازی کنترل کننده مد لغزشی با استفاده از روش های مبتنی بر منطق فازی تا حدودی حل شده اند.
ولی سیستم های فازی نیز، به قوانین اگر – آنگاه نیاز دارند که می بایست از قبل تدوین گردند. وجود نامعینی در بسیاری از سیستم ها موجب گردیده است که قوانین اگر و آنگاه فازی ثابت نه تنها موجب بهبود عملکرد سیستم حلقه بسته نمی شود، بلکه باعث رفتار نامطلوب نیز خواهد شد. جهت غلبه بر این مشکل، افزودن یک قانون تطابق به کنترل کننده های فازی مد لغزشی پیشنهاد می گردد.
و...