طراحی و ساخت قفل الکترونيکي

رديابي گوشی همراه

كنترل هوشمند چهارراه

طراحی و ساخت مين ياب هوشمند

ادامه 

كنترل كننده ي منطق فازي براي سرعت ماشين سنكرون

 

اخيراَ استفاده ازمنطق فازي در كاربردهاي كنترلي افزايش يافته است . اين مقاله نیز كاربردي از منطق فازي را براي كنترل سرعت ماشين سنكرون بيان مي كند كه به صورت يك كنترل كننده ي فازي است كه براساس آناليز پاسخ گذراي سرعت موتور و منطق فازي طراحي شده است.

كنترل كننده ي فازي بر اساس انحراف و تغييرات سرعت ، بردارهاي جريانِ كنترلي سرعتي متفلوتي را توليد مي كند.

نتايج شبيه سازي ديجيتالي نشان مي دهد كه كنترلر سرعت فازي طراحي شده ، رفتار ديناميكي خوبي را از موتور نشان داده سرعتي خوب، بدون اورشوت و رفتاري مناسب در مقابل تاثيرات اغتشاش باري ارائه مي دهد.

نتايج حاصل از كنترل كننده ي منطق فازي براي موتور سنكرون عملكردي بهتر از كنترل كننده هاي  معمول را ارائه مي دهد.

 

كلمات كليدي: موتور سنكرون ، منطق فازي ، كنترل سرعت

 

مقدمه: 

 

از زماني كه ممدني در سال  كار خود را براساس تئوري فازي زاده  براي كنترل سيستم هايي كه آسان مدل نمي شوند طرح كرد كنترل منطق فازي به عنوان موضوع تحقيقي پرطرفداري در تئوري كنترل و اتوماسيون مطرح شده است.

مفهوم  براي استفاده كردن از دانش كيفي براي ساخت يك كنترل كننده ي عملي است.

براي يك سيستم كنترل پروسه اي، يك الگوريتم كنترل فازي درك مستقيم و تجربه ي يك طراح و محقق را در بر مي گيرد.

كنترل نيازمند يك مدل رياضي دقيق از دستگاه نيست بنابراين براي فرايندي مناسب است كه در آن مدل ناشناخته است يا بطور ناقص تعريف شده است مخصوصا براي سيستم هاي تركيبي و ناشناخته ي ديناميكي.

البته الگوريتم كنترل فازي مي تواند از طريق تطبيق با مدل فازي و يادگيري دستگاه تصحيح شود.

كنترل فازي مي تواند به همان خوبي براي سيستم هاي چند بعدي غير خطي مركب نيز عمل كند ،

سيستم هايي با پارامترهاي متغيير يا در شرايطي كه سيگنال هاي به دست آمده از سنسور دقيق نيست. كنترل فازي ذاتاَ غير خطي و سازگار است وعملكرد خوبي را تحت تاثير تغييرات پارامتري  و اثرات اغتشاش بار از خود نشانمي دهد..

به عنوان يك تكنولو‍ژي  كنترلي هوشمند ، كنترل منطق فازي  روش سيستمي را ارائه مي دهد تا تجربه ي انساني را با  الگوريتم هاي غير خطي تركيب كند كه با مجموعه اي از اصول زباني به كنترل كننده تعريف مي شود و به طور معمول يك الگوريتم ِكنترل فازي ، حاوي مجموعه اي از قوانين تصميم گيري است كه مي توانند آن را به عنوان يك الگوريتم كنترل غير رياضي و سازگار بر پايه ي فرايندي زباني  در مقابل الگوريتم هاي كنترليِ فيدبك دارِ رايج در نظر گرفت.

به كارگيري چنين كنترلي بايد مشمول ترجمه ي متغييرهاي ورودي به زباني شبيهِ ( بزرگ مثبت ، صفر ، كوچك منفي و... ) و به كارگيري قانون هاي كنترلي باشد به طوري كه فرايند تصميم گيري بتواند خروجي هاي مناسب را توليد نمايد.

كنرل فازي با استفاده ازاطلاعات زباني و استفاده از مزاياي زيادي مانندِ ، قاعده ي تخمين عمومي ، آزادي مدل و الگوريتم  قانون عمل مي كند.

تحقيقات اخير پتانسيل هاي كنترل فازي براي كاربردهاي درايوي ماشين را مورد بررسي قرار داده و نشان داده شده است كه يك كنترل كننده كه بطور مستقيم به صورت فازي طراحي شده است مي تواند از كنترل كننده هاي انتگرالي ، تناسبي ، مشتقي سبقت بگيرد 

در اين مقاله كاربرد منطق فازي در كنترل سرعت ماشين سنكرون طراحي شده است. برنامه ي كاري اين مقاله براساس زير است :

در بخش  اصول بردار كنترل درايو موتور سنكرون ارائه شده است.

در بخش  كنترل كننده اي  پيشنهاد شده است تا براي كنترل سرعت موتور سنكرون به كار رود.

نتايج شبيه سازي براي نشان دادن تاثيرات آن و در نهايت در بخش آخر نتيجه گيري ها جمع بندي شده است.

 

2- درايو موتور سنكرون

 

1-2- معادلات ماشين

با استفاده از قابِ گردان سنكرون كه به عنوان معادلات پارك شناخته شده است مي توان عملكرد ديناميكي ماشين سنكرون را با شرح بيشتري مورد مطالعه قرار داد. مدل ديناميكي موتور سنكرون در قاب مي تواند  با معادلات زير نشان داده شود:

 

 

معادلات مكانيكي موتور سنكرون مي تواند به صورت زير بيان شود:

                                                

كه در آن گشتاور الكترومغناطيسي در قاب  داده شده است.

                                                  

و در آن

معادلات شار پيوندي به صورت زير هستند:

كهمقاومت استاتور ،مقاومت ميدان ،  اندوكتانس هاي مستقيم  و عرضي استاتور،   اندوكتانس ميدان پيوندي ،  اندوكتانس متقابل بين آرميچر و سيم پيچ ،  و  به ترتيب شار مستقيم  وعرضي ، شار ميدان ،  گشتاور الكترومغناطيسي و  اغتشاش بار خارجي ،  تعداد زوج قطب ،  ضريب ميرا كننده ( دمپينگ) ،  ممان اينرسي ،  سرعت زاويه اي الکتریکی موتور، سرعت زاویه ای مکانیکی ، موقعيت مكانيكي رتور ، موقعيت الكتريكي رتور هستند.

2-2- توصيف سيستم

دياگرام نمايشي سيستم كنترل سرعت مورد مطالعه در شكل  نشان داده شده است. مدار قدرت متشكل از يك منبع ولتاژ پيوسته است كه مي تواند توسط  يكسو كننده ي تريستوري تامين شود و يك اينورتر تريستوري  سه فاز كه خروجي اش به استاتور ماشين سنكرون متصل است.

جريان ميدان ماشين سنكرون كه سطح شار ميدان را تعيين مي كند نيز توسط ولتاژ كنترل مي شود.

پارامترهاي ماشين سنكرون در پيوست آورده شده است. عملكرد خودكنترلي ماشين سنكرون كه توسط اينورتر تغذيه مي شود در يك رتور، كنترل بر اساس ميدان ِ گشتاور و شار را  در ماشين سبب مي شود.

اصول بر اين است كه شارِ آرميچر و شارِ ميدان در يك محور راست گوشه يا  تجزيه شده ، حفظ شود.

شار در ماشين مستقلا توسط سيم پيچ ميدان كنترل مي شود و گشتاور تحت تاثير اجزاي تشكيل دهنده ي جريان آرميچر قرار مي گيرد.

به منظور داشتن عملكرد بهينه ي جريان طولي  مساوي  نگه داشته مي شود. با جايگذاري  در  ، و  گشتاورِالكترومغناطيسي مي تواند براي  ثابت و به صورت زير نوشته شود:

 در شرايط يكسان به نظر مي رسد كه معادلات  و جفت باشند.

براي بيان روابط جبرانسازي مجبوريم از سيستم تجزيه شده استفاده كنيم.

                    

شكل  دياگرام نمايشي كنترل سرعت موتور سنكرون را با استفاده از كنترل حالت لغزش نشان مي ددهد.

بلوك هاي  تنظيم كننده هستند. اولي كنترل كننده ي فازي سرغت و دومي تنظيم كننده ي تناسبي ، انتگرالي ِ جريان طولي و سومي تنظيم كننده ي انتگرالي ، تناسبي جريان عرضي  است.

براي جلوگيري از پيدايش جريان هاي مزاحم از يك بلوك اشباع نيز استفاده شده است.

 

3-2- اينورتر ولتا‍ژ

 

مدار قدرت يك پل اينورتري سه فاز با  سويچ در شكل  نشان داده شده است. منبع  در حالت عادي از طريق يك منبع ولتاژ بدست آمده از طريق يك يكسوكننده  و يك  فيلتر  به كار رفته براي رسيدن به يك منبع ِ ولتاژ ثابت حاصل مي شود. سويچ  ايده آل فرض مي شود.

این اينورتر ولتاژِ ساده مي تواند توسط ارتباط توابع منطقي در يك فرم ماتريسي نشان داده شود.

 

      

 

كه ارتباط تابع منطقي  به صورت زير تعريف شده است.

3-    كنترل منطق فازي

 

1-3 - اصول منطق فازي

 

ساختار يك سيستم كنترل فازي كامل از بلوك هاي زير تشكيل يافته است :

 

فازي كننده ، پايگاه دانش ، موتور استنباط ، عكس فازي شدن

 

شكل  ساختار يك كنترل كننده ي منطق فازي را نشان مي دهد. ماژول فازي كننده مقادير اوليه ي ورودي هاي كنترلي را به مقادير فازي تبديل مي كند . يك متغيير فازي داراي مقاديري است كه توسط متغييرهاي زباني تعريف شده اند ( مجموعه ها يا زيرمجموعه هاي فازي)

مانند كم ، متوسط، زياد ، بزرگ ، آهسته ،...   بطوريكه هر كدام توسط يك تابع عضو با تغييرات پيوسته تعريف مي شوند.

 در مجموعه ي اصطلاحات فازي ، تمامي مقادير ممكني كه يك متغيير مي تواند داشته باشد قلمرو بحث ناميده مي شود و مجموعه هاي فازي ( كه توسط توابع عضو مشخص مي شوند تمام قلمرو بحث را مي پوشانند. شكل مجموعه هاي فازي مي تواند مثلث ، ذوزنقه اي و... باشد.

يك كنترل فازي اساسا درك مستقيم  و تجربه ي اپراتور انساني و گاهي طراح  ومحقق را در بر مي گيرد.

پايگاه داده ها و قوانين روي هم  پايگاه دانش را كه براي استنباط روابط  به كار مي رود شكل مي دهند. پايگاه داده ها توصيفي ازمتغييرهاي ورودي و خروجي را با استفاده از مجموعه هاي فازي ارائه مي دهد.

 پايگاه قانون اساسا استراتژي كنترل سيستم است و معمولا از علم كارشناس يا محقق به دست مي آيد و شامل مجموعه اي از حالات شرطي است كه به عنوان مجموعه قوانين  بيان مي شوند.

 

كه   بردارهاي متغيير ورودي  و متغيير كنترلي است.  تعداد قوانين ، تعداد متغييرهاي فازي و  مجموعه هاي فازي هستند. براي پايگاه قانون يك سيستم كنترل داده شده كنترل كننده ي فازي قانوني را كه بايد براي شرايط سيگنالي ورودي مشخص به كار رود  تعيين مي كند وسپس عمل كنترل موثر را انجام مي دهد ( متغيير فازي خروجي )

عملكرد تركيبي روشي است كه در آن يك چنين خروجي كنترلي مي تواند با استفاده از پايگاه قانون توليد شود.

روش هاي تركيبي مختلف مانند مينيمم – ماكزيمم ، يا جمع – تفريق ، و ماكزيمم – نقطه مطرح شده اند. فرايند رياضي تبديل مقادير فازي به مقدار هاي معمولي عكس فازي ناميده مي شود.

 شماره اي از روش هاي عكس فازي كردن پيشنهاد شده است. انتخاب روش هاي عكس فازي معمولا به كاربرد و توان عمل كننده ي موجود بستگي دارد. اين عملكرد مي تواند توسط روش هاي مختلفي انجام شود كه در بين آنها مركز ثقل و روش هاي ار تفاع معمول ترند.

 

2- 3كنترل كننده ي منطق فازي

 

ساختار عمومي يك سيستم كنترل فازي كاامل در شكل  داده شده است. كنترل كننده ي دستگاه  از  متغيير حالت استنباط شده است. خطا و تغييرات در خطا  . مقدارهاي واقعي ورودي به نزديكترين مقدار در قلمرو بحث تخمين زده مي شوند در نتيجه ورودي هاي فازي شده به وسيله ي مجموعه هاي فازي منحصر به فرد توصيف مي شوند.

جزئيات اين كنترل كننده ها براساس برنامه ي فازي است . قانون هاي كنترلي طراحي مي شوند تا مجموعه اي فازي از ورودي هاي كنترلي را به هر تركيبي از مجموعه هاي  و  ارجاع دهند.

جدول  يك نمونه از پايگاه قانون كنترلي ممكن را نشان مي دهد. ستون ها نشان دهنده ي شيب تغييرات خطا  و سطر ها نشان دهنده ي خطا  هستند.

هر جفت  سطح خروجي  نسبت به  را متناظر با  نشان مي دهد.

در اينجا  بزرگ منفي ،  متوسط منفي ،  صفر ،  متوسط مثبت و بزرگ مثبت بر حسب مجموعه هاي فازي هستند و تابع هاي عضو متناظر با آنها در شكل هاي  و و به ترتيب نشان داده شده است. پيوستگي تابع عضو ورودي ، روش هاي استدلالي و روش هاي عكس فازي براي پيوستگي نگاشت  ضروري است. در اين مقاله تابع عضو مثاثي ، روش استدلالي ماكزيمم –مينيمم و روش عكس فازي مركز ثقل مورد استفاده قرار گرفته است همچنان كه مكرراَ در بسياري از تحقيقات ديگر نيز مورد استفاده قرار گرفته است.

 

4-    شبيه سازي و نتايج

 

جهت معتبر ساختن استراتژي هاي كنترلي به طوري كه در بالا بحث شده است مطالعات شبيه سازي ديجيتالي سيستم شكل  را به وجود آورده اند .

حلقه هاي سرعت و جريان درايو طراحي شد و به ترتيب با كنترل فازي و شبيه سازي گرديد. الگوريتم هاي كنترل فيدبك تكرار شدند تا زماني كه بهترين نتايج شبيه سازي به دست آمد . حلقه ي سرعت بسته شد و پاسخ گذرا توسط هر دو كنترل جريان  و سرعت فازي آزمايش شد. حالت استارت بدون در نظر گرفتن با شبيه سازي شد. به طوري كه  در  معكوس شد و بار  در محدوده ي  و بر روي سيستم اعمال گرديد.

شبيه سازي توسط نرم افزار سيميولينك در محيط مطلب انجام گرفت. شكل  نشان دهنده ي عملكرد كنترل كننده ي فازي است.

كنترل كننده ي فازي عملكرد بهتري را براي رسيدن به نقطه ي مطلوب ارائه مي دهد. كنترل كننده ي فازي اغتشاش هاي بار را بدون هيچ اضافه ولتاژي و با خطاي حالت ماندگار قابل اغماض به سرعت برطرف مي كند. جريان توسط يك تابع اشباع در محدوده ي ماكزيمم قابل فبول خود حفظ شده و گشتاور– شار در مد ِ پايا نگه  داشته مي شود.

دليل برتري سيستم كنترل كننده ي فازي به اين خاطر است كه اساسا در طبيعت خود سازگار است و توانايي اين را دارد كه براي هر حالت ورودي قانون كنترلي متفاوتي را اعمال كند.

 

شکل(8) نتایج شبیه سازی کنترل سرعت با منطق فازی

 

به منظور تست  روش استفاده شده ي ما اثرات پارامترهاي نامعلوم بر روي عملكرد كنترل سرعت را مطالعه كرده ايم. براي نشان داددن اثرات پارامترهاي نامعلوم سيستم را با مقادير مختلف از پارامترهاي در نظر گرفته شده و مقايسه شده با مقادير نامي شبيه سازي كرده ايم.

سه حالت در نظر گرفته شده است.

1-    ممان اينرسي

2-     مقاومت رتور واستاتور

3-    اندوكتانس رتور واستاتور

براي نشان دادن عملكرد كنترل ما شبيه سازي را يك بار در حالت بي باري و بار ديگر با وارد كردن بار در  و برداشتن آن در  انجام داده ايم.

در حظور پارامترهاي متغيير در نظر گرفته شدده ( ممان اينرسي ، مقاومت هاي استاتور ، اندوكتانس هاي استااتور) با پله ي سرعتي  .

 

شكل  نشان دهنده ي تست  كنترل فازي با م قادير مختلفي از ممان اينرسي است.

شكل  نشان دهنده ي تست  كنترل فازي براي مقادير مختلف مفاومت است.

شكل  نشان دهنده ي تست  كنترل فازي براي مقادیرمختلف اندوكتاني رتور و استاتور است. براتي تست  كنترل كاهش يا  افزايش  ممان اينرسي ، مقاومت يا اندوكتانس تاثيري بر روي عملكرد تكنيك استفاده شده ندارد.

افزايش ممان اينرسي عملكرد بهتري را به ما مي دهد ولي داراي پاسخ ديناميكي آهسته اي است. كنترل فازي به كنترل كننده ي ما فضاي كاري وسيعي  براي كنترل پارامترهاي نامعلوم مي دهد.

 

نتيجه گيري

 

اين مقاله روش جديدي را براي كنترل سرعت بهتر موتور سنكرون ارائه مي دهد. اين مقاله يك كنترل كننده ي ساده را براي روبرو شدن با پارامترهاي نامعلوم ، اغتشاش هاي خارجي ، كار در ميان نويز سيستم ، عملكرد ديجيتالي و كنترل انتگرالي ارائه  مي دهد.

استراتژي كنترل بر اساس روش هاي منطق فازي است .

يك كنترل كننده ي فازي موتورِ سنكرون توصيف شده استو سيستم آناليز و طراحي شده و عملكرد سيستم توسط شبيه سازي براي بررسي مفاهيم تئوريكي مورد مطالعه قرار گرفته است.

نتايج شبيه سازي نشان مي دهد كه كنترل كننده ي پيشنهادي در دقت و  به نمونه هاي رايج برتري دارد. مطالعات شبيه سازی به طور واضح برتري عملكرد كنترل فازي را نشان مي دهد به خاطر اينكه ذاتا  سازگار است.

 

از خصوصيات پاسخ چنين برمي آيد كه در حظور اغتشاشات باري و پارامترهاي نامعلوم داراي سطح عملكردي بالايي است.

اين منطق براي كنترل سيستم هايي با مدل نامشخص به كار مي رود. كنترل سرعت توسط منطق فازی پاسخ ديناميكي سريعي را با اضافه ولتاژ كم ،خطاي حالت ماندگار قابل اغماض به ما مي دهد.

تجزيه، پايداري وهمگرايي به نقطه ي تعادل نيز مورد تحقيق قرار گرفته است.

 

پيوست

 

پارامترهاي موتور سنكرون سه فاز:

توان خروجي نامي 

ولتاژ فاز نامي 

جريان فاز نامي 

ولتاژ ميدان نامي

جریان میدان نامی

مقاومت استاتور

مقاومت ميدان

اندوكتانس طولي استاتور

اندوكتانس عرضي استاتور

اندوكتانس پيوندي ميدان

اندوكتانس متقابل بلين آرميچر و سلف

ضريب دمپینگ

ممان اينرسي

تعداد زوج قطب

 


 

REFRENCE

 

[1]MAMDANI,E.H.:Applications of Fuzzy Algoritms for Simple Dynamic Plants , Proc.IEE 121 (1974), 1585-1588.

[2] FANG-MING          YU_HUNG_YUANA         CHUNG_SHI_YUANA     Time-Delayed Systems wiyh Nonliner Input , Fuzzy Sets Syst. 140 (2003),359-374

[3] SOUSA,G.C.D.-BOSE,B.K.: Fuzzy Set Theory Based Control of a PHASE-Controlled Converter DC Machine Drive , IEEE Transaction on Industry Application 30 No.1(jan/Feb 1994),34-44

[4]YUGER,R.G.: fuzzy logics and Artifical Intelligence, Fuzzy Sets and Systems 90(1997),193-198

[5] KIM,Y.T.—BIEN,Z.: Roboust Self-Learning Fuzzy Controller Design for a Class of Nonlinear MIMO System, Fuzzy Sets and Systems 111 (2000) ,117-135.

[6] LEE,C.C.: Fuzzy Logic in Control System: Fuzzy Logic Controller – Part I/II,IEEE trans. Systems Man .Cybernet 20 (1990),404-435.

[7] TIMOTHY,J.R.: Fuzzy Logic With Engineering Application,McGraw-Hill,New York,1995

[8] TANG,Y.-XU,L.: Fuzzy Logic Application For Intelligent Control of a Variable Speed Drive ,IEEE PES Winter Meet .,1994

[9] HEBER,B.-XU,L.-TANG ,Y.: Fuzzy Logic Enhanced Speed Control of an Indirect Field Oriented Induction Machine Drive ,IEEE PESC Meet .,1995.pp.1288-1294

[10] BOSE,B,K,: Power Electronics and AC Drives , Prentice Hall, Englewood Cliffs,Newjersy,1986.

[11] STURTZER,G.-SMIGIEL,E.: Modelisation et commandedes moteurs triphases,Edition Ellipses,2000.

[12] CAMBRONNE ,J.P.-LE MOIGNE, P.-HAUTIER,J.P.: Synthese de la cimmande d,un onduleur de tension ,journal de Physique III,France(1996),757-778.

[13] NAMUDURI,C.-SEN,P.C.: A Servo-Control System Using a Self-Controlled Synchronous Motor (SCSM) with sliding Mode Control , IEEE Trans.on Industry Application IA-23 N0. 2(March/April 1987)

[14] RAMDANI ,A.Y.- BENDAOUD, A.: Reglage par mode glissant dune machine asynchrone sans capteure mecanique .,Rev.Roum.Sci. Techn.-Electrotechn.et Energ.(2004).406-416.

[15] CIRSTEA.M.N.-DINU,A.-KHOR,J.G.-McCORMICK, M.: Neural and Fyzzy Logic Control of Drives and Power Systems,Newnes ,Oxford, 2002.

[16] BOSE,B.K.: Expert System, Fuzzy logic,and Neural Network Applications in Power Electronics and Motion Control ,Proceed-ings of the IEEE 82 No.8(Aug 1994) ,1303-1321.

[17] BUHLER,H.: Reglage par logique floue ,Presse Polytechniques et Niversitatires Romandes ,Lausanne,1994.

[18]SPOONER,J.T.-MAGGIORE,M.-ORDONEZ,R.-PAS-SINO,K.M.:stable Adaptive Cotrol and Estimation for Nonliner System,Neural and Fuzzy Approximator Techniques,Willey-Interscience,2002,

[19] RACHID,A.: Systems de regulation,masson,Paris,,1996.

نور پردازي پل كابلي تبريز

روشنايي بيلبوردهاي جاده اي شيراز

نصب سيستم برق اضطراري (UPS) نداجا

طراحي سيستم اضطراري (LED) براي پتروشيمي تبريز

 ساير پروژه هاي انجام شده