عنوان : مطالعه سیستمهای کنترلی با قابلیت پیکربندی مجدد

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب دانشکده تحصیلات تکمیلی

سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc” مهندسی برق – کنترل

عنوان :

مطالعه سیستمهای کنترلی با قابلیت پیکربندی مجدد

استاد راهنما :

دکتر محمد رضا جاهد مطلق

بهمن ١٣٨۶

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد
(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)
تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :
 
چکیده
 
در این پژوهش، سیستم های کنترلی با قابلیت پیکربندی مجدد مطالعه شده می باشد. این سیستم ها به عنوان سیستم های کنترل مقاوم خطا و سیستم های با قابلیت ساختاربندی مجدد نیز شناخته شده اند.
 
سیستم های تکنولوژی مدرن برای رویارویی با نیازهای عملکردی افزاینده ،به سیستم های کنترل پیچیده نیاز دارند . برای چنین سیستم هایی ، توالی هایی از خطاهای اجزای سیستم می تواند فاجعه آمیز باشد . قابلیت اعتماد در چنین سیستم هایی با تضمین این که خطایی رخ نخواهد داد ،افزایش خواهد پیدا نمود ،اما به هر حال ،این هدف غیر واقعی و اغلب غیر قابل دستیابی می باشد زیرا خطاها نه فقط به خاطر کهنگی و فرسودگی اجزای سیستم رخ می دهند،بلکه به خاطر خطاهای انسانی در ارتباط با نصب و نگهداری نیز ایجاد می شوند. پس طراحی سیستم های کنترلی که بتوانند پیش روی خطاهای ممکن مقاوم باشند جهت افزایش قابلیت اعتماد ودردسترس بودن این سیستم ها ،لازم می باشد . این نوع از سیستم های کنترل به عنوان سیستم های کنترل مقاوم خطا شناخته شده می باشد.
 
آغاز یک سیستم کنترل با قابلیت پیکربندی مجدد تعریف شده و دسته بندی چنینی سیستمهای کنترلی و مطالعه جنبه های کلی مربوطه ارائه شده می باشد. سپس تشخیص و شناسایی خطا به عنوان یک بخش مهم در چنین سیستم هایی از نظر ریاضی مطالعه شده می باشد. یک روش مدلسازی چنین سیستم هایی توسط پارامترهای مارکوف در ادامه ارائه شده که مدلسازی ساختار سیستم خطادار و تحلیل آن را در این حالت نشان می دهد . سپس جنبه های مهمی که در تحلیل و طراحی سیستم FTCS بایستی در نظر گرفته گردد ارائه می گردد و در هر حالت مسئله با یک مثال مطالعه شده می باشد.
 
در نهایت چند روش کنترلی که بیشتر در طراحی چنین سیستمی بهره گیری شده می باشد ارائه می گردد و برای هر روش یک مثال مطالعه و ارائه شده می باشد.
در پایان تنیجه گیری از این پژوهش ارائه شده می باشد.
 
مقدمه
 
سیستم های تکنولوژی مدرن برای رویارویی با نیازهای عملکردی افزاینده ،به سیستم های کنترل پیچیده نیاز دارند . برای چنین سیستم هایی ، توالی هایی از خطاهای اجزای سیستم می تواند فاجعه آمیز باشد . قابلیت اعتماد در چنین سیستم هایی با تضمین این که خطایی رخ نخواهد داد ،افزایش خواهد پیدا نمود ،اما به هر حال ،این هدف غیر واقعی و اغلب غیر قابل دستیابی می باشد زیرا خطاها نه فقط به خاطر کهنگی و فرسودگی اجزای سیستم رخ می دهند،بلکه به خاطر خطاهای انسانی در ارتباط با نصب و نگهداری نیز ایجاد می شوند. پس طراحی سیستم های کنترلی که بتوانند پیش روی خطاهای ممکن مقاوم باشند جهت افزایش قابلیت اعتماد ودردسترس بودن این سیستم ها ،لازم می باشد . این نوع از سیستم های کنترل به عنوان سیستم های کنترل مقاوم خطا شناخته شده می باشد.
 
در طول سه دهه گذشته، تقاضای روبه رشدی برای قابلیت اعتماد١، ماندگاری٢ و قابلیت نگهداری٣ در سیستم دینامیک، تحقیقات را در زمینه تشخیص خطا و عیب یابی ایجاد کرده می باشد. چنین کوشش هایی منجر به پیشرفت بسیاری از روش هایFDD شده می باشد. همزمان با آن، پژوهش روی سیستم های کنترلی مقاوم خطا (FTCS) ۴و با قابلیت پیکر بندی مجدد۵ افزایش یافته که تحقیقات اولیه روی کنترل ساختار بندی مجدد و سیستم های کنترلی پرواز خود تعمیر۶ در اوایل ١٩٨٠ شروع گردید . به هر حال، در مقایسه با FDD، کتابهای بسیار کمی روی موضوع FTCS چاپ گردیده اند. اگر چه تحقیقات انفرادی گسترده ای روی FTCS انجام شده می باشد، مفاهیم سیستماتیک، روش های طراحی و حتی اصطلاح شناسی آن هنوز استاندارد گذاری نشده می باشد. به علاوه، بنا به علت های تاریخی، عمده تحقیقات روی FDD و کنترل پیکر بندی مجدد/ ساختار بندی مجدد مستقل انجام شده می باشد.
 
بسیاری از روش هایFDD به عنوان یک ابزار عیب یابی یا مانیتورینگ و نه به عنوان یک بخش از FTCS گسترش یافته می باشد. واضح می باشد که بعضی از روش هایFDD موجود، نیاز ساختار بندی مجدد کنترل کننده را ممکن می باشد برآورده نکند. از سوی دیگر بسیاری از کنترل های پیکربندی مجدد با فرض اطلاعات کامل ازFDD طراحی شده می باشد. عکس العمل بینFDD و FTCS و طراحی مجتمع این دو برای کاربردهای روی خط٧ زمان حقیقی ٨ اهمیت بسیاری دارد. یک نتیجه نادرست یا با تأخیر فراوان ازFDD، ممکن می باشد باعث تلفات در عملکرد سیستم و حتی ناپایداری کل سیستم گردد. یک کنترل کننده نامناسب نیز بر اساس اطلاعات نادرست از FDD، منجر به عملکرد ضعیف و حتی ناپایداری کل سیستم می گردد.
 
 
یک سیستم کنترلی مقاوم خطا (FTCS)، سیستم کنترلی می باشد که توانایی سازگاری خطاهای سیستم را به گونه خودکار دارد و پایداری و عملکرد قابل قبول را حتی در حضور خطاها ارائه می کند. به گونه کلیFTCS به دو دسته قابل تقسیم می باشد: (PFTCS) passive ٩( AFTCS)active , ١٠
 
یک سیستم کنترلی مقاوم خطا (FTCS)، سیستم کنترلی می باشد که توانایی سازگاری خطاهای سیستم را به گونه خودکار دارد و پایداری و عملکرد قابل قبول را حتی در حضور خطاها ارائه می کند. به گونه کلیFTCS به دو دسته قابل تقسیم می باشد: (PFTCS) passive ١١( AFTCS)active , ١٢
 
AFTCS از ۴ بخش تشکیل شده می باشد: ١) یک کنترل کننده با ساختار بندی مجدد، ٢) یک طرحFDD، ٣) یک مکانیسم پیکر بندی مجدد کنترل کننده، ۴) یک مولد فرمان/ مرجع (command/reference governor
 
اهداف و ساختار: AFTC اهداف طراحیFTCS بایستی شامل عملکرد دینامیک و حالت ماندگار نه فقط تحت شرایط نرمال، بلکه تحت خطاها نیز شامل گردد. رفتارهای سیستم در این دو حالت عملکردی مشخصاً متفاوت می باشد. در شرایط نرمال، ممکن می باشد روی کیفیت رفتار سیستم تأکید گردد. در حضور خطا، اینکه چگونه سیستم با یک عملکرد تضعیف شده قابل قبول باقی می ماند بحث اصلی می باشد.
 
درماجول FDD، هر دو پارامترهای خطا و متغیرهای حالت سیستم بایستی به صورت روی خط در زمان حقیق تخمین زده گردد. طرح های روی خط FDD برای انواع مختلف خطاها نیازمند ارائه هستند تا تصمیم قابل اعتماد و به موقع برای فعال سازی مکانیسم پیکر بندی مجدد کنترل گرفته گردد. براساس اطلاعات روی خط سیستم بعد از خطا، تولید شده توسط FDD، کنترل کننده پیکر بندی مجدد بایستی به صورت خودکار طراحی گردد تا پایداری و دینامیک خاص و عملکرد حالت گذاری سیستم را حفظ کند. به علاوه، برای تضمین توانایی سیستم حلقه بسته در ردیابی ورودی فرمان یا یک مسیر یا مدل مرجع حتی در حضور خطاها، یک کنترل کننده پیش سوی پیکر بندی مجدد ساخته می گردد تا به ردیابی فرمان برسد . در حالت جلوگیری از تنزل عملکرد و اشباع عملگر، یک مولد ورودی فرمان/مرجع بهره گیری می گردد تا ورودی مرجع یا مسیر مرجع تنظیم گردد.
 
در صورتی که علاوه بر پارامترهای کنترل کننده فیدبک و پیش سو، ساختار کنترل کننده ها از نظر مرتبه، تعداد و نوع کنترل کننده نیز تغییر پیدا کنند، به عنوان سیستم کنترل ساختار یافته مجدد شناخته می گردد که محاسبات و تحلیل فراتر از پیکر بندی مجدد را شامل می گردد.
 
دسته بندی روشهای کنترلی موجود با قابلیت پیکر بندی مجدد: روش های طراحی کنترل با قابلیت پیکر بندی مجدد بر اساس مدل به یکی از روش های زیر منجر می گردد : تنظیم کننده مربعی خطی١٣، ساختار ویژه، شبه معکوس، تعقیب مدل، کنترل تطبیقی، مدل چندگانه، جدول بندی بهره، تغییر پارامترخطی، کنترل ساختار متغیر ، مود لغزشی، کنترل پیش بین، خطی سازی فیدبک و دینامیک معکوس.
 
سیستم های مقاوم خطا و طراحی های کنترلی مربوطه دارای کاربردهای مهندسی گسترده و مختلف، می باشند، که در محدودیت های زیر قرار می گیرند: (a سیستمهای امنیتی (هواپیما، هلیکوپترها، فضاپیماها و اتومبیل ها، صنایع نیروی هسته ای و شیمیایی خطرناک)، (b سیستمهای زندگی (تله روباتها برای جراحی،
 
مانیتورهای کار گذاشته قلب، ابزار تشخیص نانو ماهیچه و سایر تجهیزات پزشکی، کنترل ترافیک زمینی و سیستم های خودکار شده بزرگراه)، (c سیستمهای ماموریت (سیستم های کنترل ترافیک هوایی، سیستم های دفاعی، دستگاه های فضایی و فضاپیما، وسایل هوایی/ فضایی / زیر دریایی خود گردان، روبات های بهره گیری شده در پروسه های صنعتی و شبکه های ارتباطی)، (d سیستم های هزینه (ساختارهای فضای مقیاس بزرگ، اتومبیل هایdrive-by-wire، کنترل پروسه توزیع شده، شبکه های محاسباتی و ارتباطی).
 
فصل اول
 
کلیات سیستم های کنترل مقاوم خطا
 
FTCS
 
١-١ مقدمه
 
برای سیستم های کنترل پیشرفته ، توالی هایی از خطاهای اجزای سیستم می تواند فاجعه آمیز باشد . قابلیت اعتماد در چنین سیستم هایی با تضمین این که خطایی رخ نخواهد داد ،افزایش خواهد پیدا نمود ،اما به هر حال ،این هدف غیر واقعی و اغلب غیر قابل دستیابی می باشد زیرا خطاها نه فقط به خاطر کهنگی و فرسودگی اجزای سیستم رخ می دهند،بلکه به خاطر خطاهای انسانی در ارتباط با نصب و نگهداری نیز ایجاد می شوند. پس طراحی سیستم های کنترلی که بتوانند پیش روی خطاهای ممکن مقاوم باشند جهت افزایش قابلیت اعتماد ودردسترس بودن این سیستم ها ،لازم می باشد . این نوع از سیستم های کنترل به عنوان سیستم های کنترل مقاوم خطا شناخته شده می باشد.
 
در طول سه دهه گذشته، تقاضای روبه رشدی برای قابلیت اعتماد١۴، ماندگاری١۵ و قابلیت نگهداری١۶ در سیستم دینامیک، تحقیقات را در زمینه تشخیص خطا و عیب یابی ایجاد کرده می باشد. چنین کوشش هایی منجر به پیشرفت بسیاری از روش هایFDD شده می باشد. همزمان با آن، پژوهش روی سیستم های کنترلی مقاوم خطا (FTCS) ١٧و با قابلیت پیکر بندی مجدد ١٨ افزایش یافته که تحقیقات اولیه روی کنترل ساختار بندی مجدد و سیستم های کنترلی پرواز خود تعمیر١٩ در اوایل ١٩٨٠ شروع گردید. به هر حال، در مقایسه با FDD، کتابهای بسیار کمی روی موضوع FTCS چاپ گردیده اند. اگر چه تحقیقات انفرادی گسترده ای روی FTCS انجام شده می باشد، مفاهیم سیستماتیک، روش های طراحی و حتی اصطلاح شناسی آن هنوز استاندارد گذاری نشده می باشد. به علاوه، بنا به علت های تاریخی، عمده تحقیقات روی FDD و کنترل پیکر بندی مجدد/ ساختار بندی مجدد مستقل انجام شده می باشد.
 
بسیاری از روش هایFDD به عنوان یک ابزار عیب یابی یا مانیتورینگ و نه به عنوان یک بخش از FTCS گسترش یافته می باشد. واضح می باشد که بعضی از روش هایFDD موجود، نیاز ساختار بندی مجدد کنترل کننده را ممکن می باشد برآورده نکند. از سوی دیگر بسیاری از کنترل های پیکربندی مجدد با فرض اطلاعات کامل ازFDD طراحی شده می باشد. عکس العمل بینFDD و FTCS و طراحی مجتمع این دو برای کاربردهای روی خط٢٠ زمان حقیقی٢١ اهمیت بسیاری دارد. یک نتیجه نادرست یا با تأخیر فراوان ازFDD، ممکن می باشد باعث تلفات در عملکرد سیستم و حتی ناپایداری کل سیستم گردد. یک کنترل کننده نامناسب نیز بر اساس اطلاعات نادرست از FDD، منجر به عملکرد ضعیف و حتی ناپایداری کل سیستم می گردد.
 
یک سیستم کنترلی مقاوم خطا (FTCS)، سیستم کنترلی می باشد که توانایی سازگاری خطاهای سیستم را به گونه خودکار دارد و پایداری و عملکرد قابل قبول را حتی در حضور خطاها ارائه می کند. به گونه کلیFTCS به دو دسته قابل تقسیم می باشد: (PFTCS) passive ٢٢( AFTCS)active , ٢٣
 
AFTCS از ۴ بخش تشکیل شده می باشد: ١) یک کنترل کننده با ساختار بندی مجدد، ٢) یک طرحFDD، ٣) یک مکانیسم پیکر بندی مجدد کنترل کننده، ۴) یک مولد فرمان/ مرجع (command/reference governor
 
اهداف و ساختار: AFTC اهداف طراحیFTCS بایستی شامل عملکرد دینامیک و حالت ماندگار نه فقط تحت شرایط نرمال، بلکه تحت خطاها نیز شامل گردد. رفتارهای سیستم در این دو حالت عملکردی مشخصاً متفاوت می باشد. در شرایط نرمال، ممکن می باشد روی کیفیت رفتار سیستم تأکید گردد. در حضور خطا، اینکه چگونه سیستم با یک عملکرد تضعیف شده قابل قبول باقی می ماند بحث اصلی می باشد.
 
درماجول FDD، هر دو پارامترهای خطا و متغیرهای حالت سیستم بایستی به صورت روی خط در زمان حقیق تخمین زده گردد. طرح های روی خط FDD برای انواع مختلف خطاها نیازمند ارائه هستند تا تصمیم قابل اعتماد و به موقع برای فعال سازی مکانیسم پیکر بندی مجدد کنترل گرفته گردد. براساس اطلاعات روی خط سیستم بعد از خطا، تولید شده توسط FDD، کنترل کننده پیکر بندی مجدد بایستی به صورت خودکار طراحی گردد تا پایداری و دینامیک خاص و عملکرد حالت گذاری سیستم را حفظ کند. به علاوه، برای تضمین توانایی سیستم حلقه بسته در ردیابی ورودی فرمان یا یک مسیر یا مدل مرجع حتی در حضور خطاها، یک کنترل کننده پیش سوی پیکر بندی مجدد ساخته می گردد تا به ردیابی فرمان برسد . در حالت جلوگیری از تنزل عملکرد و اشباع عملگر، یک مولد ورودی فرمان/مرجع بهره گیری می گردد تا ورودی مرجع یا مسیر مرجع تنظیم گردد.
 
در صورتی که علاوه بر پارامترهای کنترل کننده فیدبک و پیش سو، ساختار کنترل کننده ها از نظر مرتبه، تعداد و نوع کنترل کننده نیز تغییر پیدا کنند، به عنوان سیستم کنترل ساختار یافته مجدد شناخته می گردد که محاسبات و تحلیل فراتر از پیکر بندی مجدد را شامل می گردد.
 
دسته بندی روشهای کنترلی موجود با قابلیت پیکر بندی مجدد: روش های طراحی کنترل با قابلیت پیکر بندی مجدد بر اساس مدل به یکی از روش های زیر منجر می گردد : تنظیم کننده مربعی خطی٢۴، ساختار ویژه، شبه معکوس، تعقیب مدل، کنترل تطبیقی، مدل چندگانه، جدول بندی بهره، تغییر پارامترخطی، کنترل ساختار متغیر ، مود لغزشی، کنترل پیش بین، خطی سازی فیدبک و دینامیک معکوس.
 
سیستم های مقاوم خطا و طراحی های کنترلی مربوطه دارای کاربردهای مهندسی گسترده و مختلف، می باشند، که در محدودیت های زیر قرار می گیرند: (a سیستمهای امنیتی (هواپیما، هلیکوپترها، فضاپیماها و اتومبیل ها، صنایع نیروی هسته ای و شیمیایی خطرناک)، (b سیستمهای زندگی (تله روباتها برای جراحی، مانیتورهای کار گذاشته قلب، ابزار تشخیص نانو ماهیچه و سایر تجهیزات پزشکی، کنترل ترافیک زمینی و سیستم های خودکار شده بزرگراه)، (c سیستمهای ماموریت (سیستم های کنترل ترافیک هوایی، سیستم های دفاعی، دستگاه های فضایی و فضاپیما، وسایل هوایی/ فضایی / زیر دریایی خود گردان، روبات های بهره گیری شده در پروسه های صنعتی و شبکه های ارتباطی)، (d سیستم های هزینه (ساختارهای فضای مقیاس بزرگ، اتومبیل هایdrive-by-wire، کنترل پروسه توزیع شده، شبکه های محاسباتی و ارتباطی).
١-٢ تعریف سیستم کنترل مقاوم خطا :
 
FTCS یک سیستم کنترلی می باشد که می توان خطاهای اجزای سیستم را اصلاح کند و پایداری ودرجه قابل قبولی از عملکرد سیستم را نه فقط در حالت بدون خطا بلکه وقتی خرابی اجزا نیز هست، حفظ کند . FTCS در یک زیر سیستم مانع از گسترش خطا ها (faults) به نقص هایی در سطح سیستم (failures) می گردد .
 
FTCS ممکن می باشد با عنوان بهبود قابلیت اعتماد سیستم ،قابلیت نگهداری و ماندگاری سیستم ،گفته گردد . اهداف FTCS ممکن می باشد برای کاربردهای مختلف ،مختلف باشد .
یک FTCS اگر اجازه تکمیل نرمال وظایف را حتی بعد از خطاهای اجزا بدهد ،گفته می گردد که قابلیت اطمینان را بهبود بخشیده می باشد . FTCS با افزایش زمان بین عملیات نگهداری و اجازه بهره گیری از طریقه تعمیر ساده تر ، می تواند قابلیت نگهداری را بهتر کند.
 
اهداف طراحی FTCS بایستی شامل دینامیک و عملکرد ماندگار باشد و نه فقط تحت شرایط نرمال ، بلکه تحت خطاها نیز شامل گردد . رفتارهای سیستم در این دو حالت عملکرد مشخصاً متفاوت می باشد . در شرایط نرمال ، ممکن می باشد روی کیفیت رفتار سیستم تأکید گردد . در حضور خطا ، اینکه چگونه سیستم با یک عملکرد تضعیف شده قابل قبول باقی می ماند بحث اصلی می باشد .
 
ساختار کلی یک AFTCS در شکل ١ نشان داده شده می باشد . از ۴ جزء اصلی تشکیل شده می باشد : ( a یک طرح on-line و FDD real- time، ( b یک مکانیسم پیکربندی مجدد، (c یک کنترل کننده با پیکربندی مجدد و ( d یک command /reference gaverner در ماجول FDD ، هر دو پارامترهای خطا و متغیرهای حالت سیستم بایستی به صورت on-line و real-time تخمین زده گردد .
 
طرح های FDD on-line برای انواع مختلف خطاها نیازمند ارائه هستند تا تصمیم قابل اعتماد و به موقع برای فعال سازی مکانیسم پیکربندی مجدد کنترل گرفته گردد . براساس اطلاعات on-line سیستم Post-Pault ، تولید شده توسط ماجول FDD ، کنترل کننده reconfigurable بایستی به صورت خودکار طراحی گردد تا پایداری و دینامیک خاص و عملکرد حالت گذرای سیستم را حفظ کند . به علاوه ، برای تضمین توانایی سیستم حلقه بسته در ردیابی ورودی فرمان یا یک مسیر یا مدل مرجع حتی در حضور خطاها ، یک کنترل کننده پیش سوی reconfigurable ساخته می گردد تا به ردیابی فرمان برسد . در حالت جلوگیری از تنزل عملکرد و اشباع عملگر شاید یک commend/ reference gaverner بهره گیری گردد تا ورودی مرجع یا مسیر مرجع تنظیم شودیا اطلاعات لازم توصیهگر برای اپراتورهای انسانی در حضور خطاها فراهم گردد
 
.
(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)
تعداد صفحه : 162
قیمت : چهارده هزار تومان

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد مهندسی برق کنترل: مونیتورینگ گسترده و هوشمند توربین بخار

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

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.

***  *** ***

دسته‌ها: مهندسی برق