کنترل حلقه بسته جرثقیل دروازه ای با استفاده از روش برنامه ریزی فازی بهره

چکیده

در این مقاله کنترل حلقه بسته جرثقیل دروازه ای با استفاده از روش برنامه ریزی فازی بهره،جهت کنترل مسیر و حذف نوسانات بار مورد بررسی قرار گرفته است.مدل مورد استفاده یک مدل سه درجه آزادی است،که در آن حرکت افقی ترولی در یک راستا و تغییر طول طناب متصل به بار و نیز زاویه نوسان لحاظ شده است.ابتا با استفاده از روش برنامه ریزی بهره ی کنترلری متشکل از یک سیستم سوئیچ زنی و چندین کنترلر خطی که با استاده از روش جانشینی قطب ها طراحی شده اند طراحی می شود.سپس به کمک یک سیستم فازی TSK عملکرد کنترل فازی به تمام مسیر بار تعمیم داده می شود،طوری که دیگر احتیاجی به سیستم سوئیچ زنی نباشد.در نهایت،به کمک شیه سازی،عملکرد هر دو نوع کنترلر جدولبندی بهره،بدون سیستم نظاره گر TSK و همراه با سیستم نظاره گر TSK مورد بررسی و مقایسه قرار می گیرد.

مقدمه

مسئله حذف نوسانات بار و کنترل مسیر در جرثقیل های دروازه ای از مسائلی است که هم در خصوص کنترل مدار باز و هم در خصوص کنترل مدار بسته آن کارهای متنوعی صورت گرفته است.در این مسئله هدف این است،که جرثقیل در عین این که بار را در یک مسیر معین و از پیش تعیین شده ای جابه جا می کند،به گونه ای این کار را انجام دهد که در انتهای حرکت بار هیچ نوسانی انجام ندهد.علت اصلی این هدف ،کم کردن زمان بار برداری و بار گذاری در محل هایی است،که این جرثقیل ها مورد استفاده قرار می گیرند.در روش های کنترل مدار باز جرثقیل،به طور کل هدف مینیمم کردن انتگرال مربعات زاویهنوسا بار در حین جابه جایی و در نقطه انتهایی حرکت است.همچنین در برخی از روش ها،به کمک ابزار های تحلیلی در هندسه دیفرانسیل،با توجه به موانع موجود در مسیر حرکت بار،مسیری برای حرکت بار و سایر متغیر های ورودی طراحی می شود که قیود مکانیکی عملگر های جرثقیل به حداکثر مجاز خود برسند،به این ترتیب یک کنترلر مدار باز یه شکل یک مسیر برای متغیرهای ورودی بدست می آید.در روش های مدار باز،استفاده از مدل مرجع،به طوری که به عنوان مثال رفتار بار در هر لحظه مشابه یک پاندول ساده باشد،مرسوم است.در خصوص کنترل مدار بسته نیز استفاده از روش های کنترل بهینه و همچنین روش های کلاسیک کنترل غیر خطی مبتنی بر ساخت توابع لیاپانوف،تاکنون استفاده شده اند.همچنین روش های فازی و مدل کردن تجربه رانندگان این قبیل جرثقیل ها نیز برای کنترل مسیر و حذف نوسانات بار به کار گرقته شده اند.در سیستم های مدار بسته،با هدف کنترل مسیر،سیستم دینامیکی متغیر با زمان خواهد شد،لذا یکی از بهترین روش های کنترل در این شرایط،روش برنامه ریزی بهره است.مرجع که در انتها ذکر خواهد شد روشی را به کمک برنامه ریزی بهره در حالی که طول طناب متصل به بار ثابت است،ارائه داده است.عیب اصلی این روش تغییر غیر پیوسته کنترلر است،که سبب می شود رفتار دینامیکی سیستم،دارای مشتقات زمانی نامطلوب گشته و اغلب ارتعاشات فرکانس بالایی را ایجاد می نماید.جهت رفع این نقیصه،استفاده از روش هایی جهت پیوسته سازی ضرایب مفید است.از جمله روش هایی که برای این مورد به کار می روند،برنامه ریزی فازی بهره است.آنچه در این پروزه مورد بررسی قرار گرفته،یک مدل سه درجه آزادی از یک جرثقیل دروازه ای است،سپس با استفاده از روشبرنامه ریزی فازی بهره،کنترلری جهت کنترل مسیر و حذف نوسانات بار طراحی شده است،مزیت این روش،اولا در استفاده از تکنیک برنامه ریزی بهره است،که سبب می شود عمل کنترل مسیر با استفاده از چندین کنترلر خطی با سرعت محاسبات بالا و امکان اعمال ساده به سیستم ممکن باشد.دومین مزیت آن،استفاده از یک سیستم فازی جهت هموار سازی ضرایب کنترلر را افزایش می دهد.

مدل دینامیکی جرثقیل دروازه ای

مدل در نظر گرفته شده یک مدل سه درجه آزادی است که ترولی در آن تنها دارای قابلیت حرکت در راستای x را دارد.کابل های حامل بار در هر لحظه برابر با l در نظر گرفته می شود،که می تواند تغییر کند.کابل حامل بدون جرم فرض می شود،این فرض با در نظر گرفتن بزرگی جرم متصل به آن معقول است.بار دارای جرم m و اینرسی دورانی j ،و ترولی دارای جرم Mمی باشد.مولفه های سینماتیکی قابل اندازه گیری در هر لحظه موقعیت ترولی x،طول طناب L و زاویه راستای طناب  است.در مورد نحوه اندازه گیری این متغیر ها،در بخش های بعدی توضیح داده می شود.

برای بدست آوردن روابط دینامیکی حاکم بر سیستم،مطابق شکل(1) می توان سرعت بار را به صورت زیر بدست آورد:

و...

طراحی کنترلر جهت کنترل مسیر با روش برنامه ریزی فازی بهره

برای کنترل مسیر در یک سیستم دینامیکی به شکل عمومی(17)،ابتدا باید معادلات دینامیکی خطا را بدست اورد.فرض می شود مسیر مطلوبی که باید به آن رسید (x_d،u_d) ،که در آن x_d  مسیر و u_d کنترلی است که منجر به پایداری آن مسیر می شود.

و....

بحث و نتیجه گیری

همانطور که شکل های (6)و(8) نشان می دهد به کمک روش بکار رفته هر دو هدف حذف نوسانات بار و دنبال کردن مسیر ارضا می شود.خطای دائمی که بین دو منحنی شکل (8) ،یعنی منحنی حرکت مطلوب و منحنی حرکت بدست آمده وجود دارد،با سریعتر کردن کنترلر (بزرگ کردن اندازه قطب ها یا مقادیر ویژه کنترلر های خطی) قابل برطرف کردن است.مقاذیر نیروهای کنترلی که در رابطه ی (37)  تعریف شده اند در رابطه زیر آمده است.همانطور که ملاحظه می شود ،حداکثر نیروی وارده هیچگاه منفی نشده است.(آنچه در شکل آمده –T است)سیگنال های کنترلی در مقایسه با جرم ترولی و بار مناسب هستند.نکته دیگر حرکت هموار و تقریبا سرعت ثابت ترولی است.این سبب می شود که سرننشین احتمالی ترولی شتاب زیادی را تحمل نکند.جهت اعمال چنین کنترلری بایستی قابلیت اندازه گیری طول طناب و موقعیت ترولی و زاویه نوسان وجود داشته باشد.اندازه گیری طول طناب که متناسب با مقدار دوران بالا بر است،با داشتن سرعت موتور اندازه گیری می شود،موقعت ترولی و زاویه طناب هم با استفاده از شتاب سنج ها و سنسورهای موجود قابل اندازه گیری است.

فهرست مطالب

چکیده

مقدمه

مدل دینامیکی جرثقیل دروازه ای

طراحی کنترلر جهت کنترل مسیر با روش برنامه ریزی فازی بهره

شبیه سازی

بحث و نتیجه گیری

عنوان : کنترل حلقه بسته جرثقیل دروازه ای با استفاده از روش برنامه ریزی فازی بهره

فرمت : word 

حجم :  669 کیلوبایت 

تعداد صفحات : 13