آوریل 13, 2021

سامانه پژوهشی – کنترل غیرخطی بهینه ی جرثقیل های حامل کانتینر با استفاده از معادلات …

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 میشود 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 میشود. 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 کنترلکننده بر امکان افزایش شتاب ارابه میباشد. با این کار سرعت حمل و نقل در بنادر بالا میرود.

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت azarim.ir مراجعه 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 گونهای 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 کنترلکننده برای عملکرد صحیح سیستم اجتناب ناپذیر میباشد. در فصلهای آینده نحوه طراحی و عملکرد این کنترلکننده را بررسی مینمایم.

فصل سوم: کاهش و تضعیف اثر اغتشاش توسط کنترلکنندهی SDRE

مقدمه

در طول دهههای ۵۰ و ۶۰ میلادی، کاربردهای مهندسی هوا و فضا، به منظور اینکه یک تابع معینی را کمینه بکنند، بهطور وسیعی به تشویق دانشمندان برای توسعهی 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 بهینهی 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 دورهی رقابتی، تغییر سریع در تکنولوژی و اکتشافات فضایی، به دقتی بالا درهزینههای کنترل سیستمهای غیرخطی نیاز است. این مساله باعث سرعت بخشیدن به توسعهی سریع کنترل غیرخطی، به منظور کاربردهای بوجود آمده برای به مبارزه طلبیدن مسایل پیچیدهی 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 نظریههای 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 توسعهی قابل قبولی داشتهاند؛ ولی کمبود یک استراتژی منحصر به فرد، که علاوه بر پایداری[۵۹] قادر به رسیدن به کارآیی و مقاوم بودن راضیکنندهای در سیستمهای گوناگون غیرخطی باشد، احساس میشود. طراحان سیستمهای کنترلی به تلاش برای رسیدن به الگوریتمهای کنترلی روشمند[۶۰]، ساده و بهینهکنندهی کارآیی(به منظور تدارک یک تعادل[۶۱] بین تلاش کنترلی و خطای حالات) ادامه میدهند.
معادلهی ریکاتی وابسته به حالت (SDRE) در جامعهی کنترل، یک استراتژی مشهور است که در دههی 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 ارایه 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 جملهی 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 بهینهی خطی، باید یک تابعی[۶۷] غیرخطی درجهی دو را بهینه نمود. سپس معادلهی ریکاتیای خواهیم داشت، که با توجه به ماتریسهای وابسته به حالت درون آن، وابسته به حالت خواهد بود. ضرایب این معادله با تغییر نقاط معادلهی 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 کنترلکننده استفاده نمود.
نکته قابل ذکر در شرایط غیرخطی، غیرخطی بودن ورودی کنترلکننده میباشد. مشکل این نوع از غیرخطی بودن این است که منجر به پیچیدگی در محاسبات عددی، به منظور پیادهسازی کنترلکننده میشود. به همین دلیل در بیشتر روشهایی که برای حل معادله [۶۹]SDRE ارایه شدهاند؛ سیستم را به صورت افاین