وبلاگ

کنترل پیش بین MPC شامل تعدادی از الگوریتم های کنترلی است که براساس مفهوم خاصی عمل می کند. در یک کنترل کننده MPC، تعدادی از ورودی های آینده به گونه ای تعیین می شوند، که خروجی پروسه در طول فاصله زمانی معینی، براساس یک تابع معیار به ورودی مرجع نزدیک باشد. این محاسبات طی هر زمان نمونه برداری انجام می شود و معمولاً اولین عنصر محاسبه شده از سیگنال کنترلی به پروسه إعمال می شود. برای این عمل نیاز به یک مدل در کنار پروسه می باشد تا ورودی های آینده را به آن داده و خروجی های آینده پروسه را طبق آن پیش بینی کرد. در این پایان نامه الگوهای مختلف کنترل کننده های پیش بین بررسی می شوند و پارامترهای بهینه این الگوریتم ها به گونه ای محاسبه می شوند که منجر به حجم محاسبات کمتر و کیفیت پاسخ مطلوب می شوند.

نخستین فصل کلیات نام گرفته است. در فصل دوم مختصری در مورد MPC و پارامترهای آن صحبت شده، و به تحقیقاتی که تاکنون برای تنظیم این پارامترها انجام گرفته است پرداخته می شود. فصل سوم به معرفی انواع الگوریتم های مختلف MPC و حجم محاسبات هریک از این الگوریتم ها می پردازد. در فصل چهارم به اثر پارامترهای مختلف کنترل کننده های پیش بین بر روی پاسخ سیستم پرداخته می شود و در فصل پنجم پارامترها بهینه ای که منجر به حجم محاسبات کمتر و کیفیت پاسخ مطلوب هستند، محاسبه می شوند. در فصل ششم پیشنهاداتی جهت بهبود تنظیم پارامترهای کنترل کننده های پیش بین ارایه می شود.

فصل اول
کلیات
کنترل پیش بین در دهه هفتاد میلادی و در صنعت ابداع گردید. اولین مقاله ای که در این زمینه چاپ شد مربوط به Richalet و همکارانش می شود. در این مقاله تاکید بر حل مسایلی بود که استفاده از کنترل کننده های کلاسیک PID مشکل بود و با استفاده از خصوصیات ذاتی مساله (یا همان مدل مناسب) تلاش برای حل این مشکل شده بود. هرچند در این مقاله توجهی به بهینه بودن و یا محدودیت ها نشده بود.
کنترل پیش بین MPC شامل تعدادی از الگوریتم های کنترلی است که براساس مفهوم خاصی عمل می کند. در یک کنترل کننده MPC، تعدادی از ورودی های آینده به گونه ای تعیین می شوند، که خروجی پروسه در طول فاصله زمانی معینی، براساس یک تابع معیار به ورودی مرجع نزدیک باشد. این محاسبات طی هر زمان نمونه برداری انجام می شود و معمولا اولین عنصر محاسبه شده از سیگنال کنترلی به پروسه اعمال می شود. برای این عمل نیاز به یک مدل در کنار پروسه می باشد تا ورودی های آینده را به آن داده و خروجی های آینده پروسه را طبق آن پیش بینی کرد.
کنترل پیش بین در حوزه زمان و به صورت گسسته طراحی می گردد. برای پیاده سازی الگوریتم کنترل پیش بین در هر زمان نمونه برداری مراحل زیر باید اجرا گردد:
1. مسیر مطلوب آینده محاسبه شود.
2. با استفاده از مدل پروسه خروجی های آینده پیش بینی گردد.
3. برای به دست آوردن سیگنال کنترلی، یک مساله بهینه سازی حل گردد. بهینه سازی به صورت حلقه باز انجام می شود. در نتیجه نسبت به کنترل بهینه که در حالت حلقه بسته کار می کند از محاسبات ساده و کمتری برخوردار است.
تفاوت الگوریتم های مختلف کنترل پیش بین را می توان در نوع مدل مورد استفاده برای پیش بینی پاسخ پروسه و در تابع هزینه ای که کمینه می گردد، دانست. در کنترل کننده DMC برای پیش بینی خروجی پروسه از مدل ضرایب پاسخ پله پروسه استفاده می شود. کنترل کننده های پیش بین معروف دیگر، MAC، GPC، D-DMC و PFC هستند که به ترتیب از مدل های پاسخ ضربه، تابع تبدیل، پاسخ پله واحد و تابع تبدیل استفاده می کنند.

:
مشخصهی اساسی بهرهبرداری از سیستم قدرت برابری لحظهای تولید و مصرف انرژی الکتریکی می باشد که این الزام را ایجاد مینماید که سیستم میبایست نیازمندیهای قابلیت اطمینان بالایی را دارا باشد . از آنجا که نگهداشت و تعمیرات 2 بخشهای مختلف سیستم قدرت از جمله تولید، انتقال و توزیع را شامل می گردد، تأثیر قابل ملاحظهای بر عملکرد مطمئن سیستم قدرت دارد که این مهم مورد توجه محققان بسیاری قرار گرفته است.

از طرفی، تجدید ساختار صنعت برق منجر به ایجاد رویکردهای بازار محور برای جداسازی بسیاری از خدماتی است که به وسیله  نهادهایی با منافع شخصی نظیر شرکت های تولید، فراهم آورندگان خدمات انتقال، شرکت های توزیع و دیگر نهادها شده است . در حالی که ایجاد رقابت، بهره برداری سیستم به هم پیوسته ی قدرت را در افق کوتاهمدت متأثر میکند، تأثیرات بلندمدت تری نیز بر مسائل برنامه ریزی سیستم قدرت ایجاد میکند. لذا مفاهیم نوینی در مسائل برنامه ریزی سیستم قدرت می بایست مدنظر قرار گیرد. امروزه هزینههای نگهداشت و تعمیرات سیستم قدرت با افزایش تقاضای قابلیت اطمینان بالا برای سیستم در حال افزایش است. شرکتهای برق سالیانه

 میلیونها دلار را برای حفظ قابلیت عملیاتی سیستم در حالت امن و کارا هزینه مینمایند. عملیات نگهداشت و تعمیرات در حال حاضر وابسته به زمان بوده و در برخی از شرکتها نیز توسط شمارنده های دیگر نظیر تعداد انجام عملیات بهرهبرداری و یا بازرسیهای ویدیویی صورت میپذیرد. روشهای موجود بسیار محافظهکارانه بوده و ممکن است که نگهداشت و تعمیرات در زمانی که مورد نیاز نیست انجام شود و یا نگهداشت و تعمیرات برای واحدهایی که نیاز دارند انجام نشود . روشهای جدیدی در محیط تجدید ساختار یافته مورد نیاز است تا به مدیران این امکان را بدهد که در عین حالی که گامهای مناسبی برای حفظ قابلیت اطمینان سیستم برداشته میشود، هزینه ها نیز کنترل شده و در صورت امکان کاهش یابد.

در خلال این مسائل با جداسازی صورت گرفته پس از تجدیدساختار صنعت برق این مسئله ایجاد شده است که تصمیمگیری در مورد یک مسئلهی خاص همچون زمان آغاز نگهداشت و تعمیرات از سوی چند نهاد مجزا که لزوماً اهداف یکسانی را دنبال نمیکنند انجام شود. بنابراین در مطالعه ی مسائل صنعت برق در محیط جدید باید همواره این نکته که مسئله زمانبندی تعمیرات از دید کدام یک از نهادها مورد بررسی قرار می گیرد  مدنظر باشد.
همچنان که نهادها در بازار به سمت عملیات انجام بازار محور حرکت میکنند ابزارهای تصمیم گیری به منظور ارزیابی تأثیر رقابت می بایست ایجاد گردند. مفهوم رقابت چالشهای جدیدی را برای شرکت های برق ایجاد نموده است. یکی از این چالشها، انتخاب رویه های مناسب برنامهریزی عملیاتی برای تهیه ی برنامه ی زمانبندی نگهداشت و تعمیرات تجهیزات خود میباشد. در این انتخاب هماهنگی بین برنامهریزی زمان بندی بلندمدت و کوتاهمدت میبایست در نظر گرفته شود. در عین حال باید مصالحهی هزینه/ فایده را نیز در مورد
خروجهای نگهداشت و تعمیرات بر شرکتهای تجدیدساختارشده لحاظ نمود.
نکتهی مهم در محیط جدید فعالیت این است که به علت کمبود اطلاعات (ناشی از تجدیدساختار و ایجاد رقابت) حل کردن مسائل به صورت متمرکز تقریباً غیر ممکن است. زیرا حل مسائل به صورت متمرکز نیاز به اطلاعات کامل دارد. از آنجا که در محیط جدید نهادها جدا از یکدیگر و با اهداف متفاوت به فعالیت های متعددی میپردازند انگیزهای برای در اختیار قرار دادن اطلاعات خود ندارند. بدین سبب راهحلها و روش های دیگری برای حل مسائل جستجو میگردد.
در این پایان نامه به زمانبندی تعمیرات واحدهای نیروگاهی در محیط تجدیدساختار یافته با درنظر گرفتن پیش بینی قیمت، لحاظ نمودن قدرت بازار و نقش بازیگران در تعیین استراتژی یکدیگر به کمک تئوری بازی ها پرداخته شده است.

ناوبری ,هدایت وكنترل حركت اجسام پرنده یكی از زمینه های علمی بوده كه همواره مورد توجه محققان قرار گرفته است. بی شك یكی از بخش های مهم اجسام پرنده سیستم كنترل یا اتوپایلوت آن است . وظیفه اتوپایلوت ایجاد پایداری ،تعادل و عملكرد مناسب سیستم حلقه بسته برای طی مسیر مورد  نظر تا رسیدن به مقصد است .اهمیت و حساسیت سیستم كنترل به عنوان بخشی از تمامی اجسام پرنده باعث ایجاد زمینه علمی وتحقیقاتی به عنوان كنترل پرواز گردیده است .در كنترل پرواز طراحی سیستم های كنترل اجسام پرنده شامل هواپیماها و فضاپیماها, هواپیما و بالگرد های بدون سرنشین و انواع موشك ها كه سیستم هایی با معادلات دینامیك غیر خطی , متغیر با زمان ودارای عدم قطعیت های ساختاری و پارامتری اند مورد بررسی قرار می گیرند . دراین میان رویكردهای كنترلی بسیاری برای دستیابی به پایداری و عملكرد مطلوب با توجه به دقت , سرعت و قابلیت های مانور پذیری مورد نظر در جهت غلبه و كم اثر كردن عدم قطعیت ها ,خطای مدل سازی و…تحقق یافته است.از جمله این رویكردها می توان روش های تطبیقی و مقاوم و نیز روشهای هوشمند مبتنی بر سیستم های عصبی و فازی و یا تركیبی از این روش ها اشاره كرد.

موشك ها از دسته ای از اجسام پرنده اند كه به دلیل شرایط پرواز وكاهش جرم در طول پرواز و تغییر ارتفاع ضرایبی آیرودینامیكی معادلات

 آن نامعلوم و دارای عدم قطعیت است .بنابراین استفاده از روش های تطبیقی و مقاوم در طراحی اتوپایلوت بطوریكه پارامتر های نامعلوم دینامیك موشك را تخمین زده و متناسب با تغییر این پارامتر ها در دینامیك ،پارامتر های اتوپایلوت نیز تغییر كند ،ضروری به نظر می رسد.از طرفی موشك STT كه در این تحقیق مورد بحث است به دلیل نداشتن دینامیك داخلی معادلات دینامیكی آن بصورت آفین قابل باز نویسی است .اگر توابع موجود در مدل آفین را نامعین (كه به واسطه وابستگی به پارامتر های نا معلوم مانند عدد ماخ این فرض صحیح است ) فرض كنیم.می توان با استفاده از تئوری تطبیق این توابع را تقریب زد ( روش تقریب مستقیم ) و یا قانون كنترل كه به سبب وابسته بودن به این توابع نیز نامعین است را تقریب زد . این روش ،تقریب مستقیم نامیده می شود .مشكل اصلی روش تقریب مستقیم آنست كه علامت ضریب ورودی كنترل در مدل آفین ، در قواعد تطبیق بكار میرود بنابراین بایستی علامت آن همواره مشخص باشد.

اگر چه دینامیك موشك اساسا غیر خطی است اما اگر مسئله موشك به عنوان یك مسئله خطی در نظر گرفته شود واتوپایلوت آن از كنترل كنندهای كلاسیك مرسوم طراحی گردد با توجه به تغییر شرایط پرواز , نقطه كار تغییر كرده و سیستم حلقه بسته از عملكرد مناسبی برخوردار نخواهد بود .بنابراین اگر یك روش مقاوم مبتنی بر سیستم خطی ارائه گردد ، قانون كنترل مقاوم خطی د ر صورت برآورده شدن شرایط مورد نظر اثر عدم قطعیت ها و تفاوت بین سیستم غیر خطی و سیستم خطی سازی شده در موشك STT را حذف می كند و عملكرد مطلوب حاصل می گردد.
در این پایان نامه در فصل اول به كلیات تحقیق شامل هدف، پیشینه و روش كار تحقیق پرداخته می شود.در فصل د وم به طور مختصر مفهوم هدایت كنترل و جایگاه اتوپایلوت در دینامیك پر واز بررسی می گردد.
در فصل سوم روش های تطبیقی ، مقاوم و هوشمند در كنترل پرواز و قابلیت این روشها در تقابل با عدم قطعیت های ساختاری و پارامتری مورد بررسی قرار می گیرد.
در فصل چهارم مدل سازی دینامیك موشك STT و رهیافت روش های كنترلی مورد بحث است.
فصل پنجم كه به طراحی و شبیه سازی و بررسی عملكرد كنترل كننده های طراحی شده اختصاص دارد و دارای دو بخش طراحی مجزاست.
در بخش اول كه طراحی كنترل كننده مود لغزشی انتگرالی تطبیقی مدل مرجع است قانون كنترل ایدال طراحی شده به روش مود لغزشی با استفاده از تقریبگر RCMAC بطور مستقیم تقریب زده می شود. در این حالت علامت ضریب كنترل ورودی در مدل آفین موشك تعیین علامت وهرتغییر علامت به قواعد تطبیق اعمال می گردد.

یکی مهمترین مسائل در ربات های متحرك مکان یابی و نقشه سازی می باشد. روش های مانند بکار گیری انکدر های افزایشی و استفاده از سنسور های بر پایه اینرسی جهت انجام مکان یابی ارائه شده که هر کدام به نحوی دارای کم و کاستی و مزایایی نیز می باشند. همچنین به تازگی از بینایی ماشین و پردازش تصویر به عنوان یکی از راه های بدون تماس جهت اندازه گیری سرعت ارائه شده که در حال تکامل بوده و روش های متفاوتی نیز در این زمینه ارائه شده است که بهتر است ترکیبی از این روش ها جهت بدست آوردن نتایج مطلوب بکار گرفته شود. در فصل اول کلیاتی از مسئله مکان یابی و انواع روش های مکان یابی ارائه شده که در آن پیش زمینه ای جهت مطالب فصل های بعد ارائه گردیده است. در فصل دوم نیز کار های مرتبط معرفی شده و برخی از روش هایی که از Optical Flow برای مکان یابی ربات ها استفاده می کنند پرداخته شده است. همچنین در مورد سینماتیک ربات های متحرك بررسی انجام گرفته و در نهایت سینماتیک یک ربات دیفرانسیلی دو چرخ که یکی از متداول ترین ربات های بکار گرفته شده در زمینه ربات های هوشمند است مورد بررسی قرار گرفته است.

 در فصل سوم تئوری کار های انجام گرفته شده ارائه می گردد. روش هایی که جهت بدست آوردن میزان جابجایی بین دو فریم تصویر ارسالی بکار می روند بررسی شده و روش Lucas & Kanade نیز انتخاب شده است. همچنین با استفاده از الگوریتم گوشه یابی در تصویر، روش Lucas & Kanade را بهینه کرده و کار آیی آن را جهت کاربرد در مکان یابی مناسب تر کرده ایم. در نهایت خروجی الگوریتم بهینه شده بصورت میدانی ارائه شده که با استفاده از نمودار توزیع, خطاهای آن به حد اقل رسیده و خروجی برآیند آن در نمودار حوزه بندی شده, تشخیص نوع حرکت اعمال شده است. از فیلتر کالمن نیز برای حذف نویز های موجود و حرکت های ناگهانی که ناشی از خطا های الگوریتم بوده استفاده شده است. داده های بدست آمده جهت نقشه سازی استفاده شده و پس از نقشه سازی مجددا مکان یابی نسبت به مبداء انجام می گیرد. در فصل چهارم الگوریتم ارائه شده مورد آزمایش واقعی قرار گرفته و نتایج آن بررسی شده است. همچنین روش پیاده سازی و عوامل موثر در آن مورد بررسی قرار گرفته است. با بررسی عوامل موثر , خطا های موجود در سیستم بدست آمده و پس از مدل سازی مناسب تا حد امکان جبران سازی شده و خطا به حد اقل کاهش پیدا کرده است. در فصل پنجم نتیجه گیری ای از روش بدست آمده , ارائه شده و کار هایی که می توان در راستای این پروژه ادامه داد نیز بصورت کلی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در قسمت پیوست ساختار کلی برنامه نوشته شده جهت پیاده سازی الگوریتم مورد بررسی اجمالی قرار گرفته است. علاوه بر آن مشخصات دوربین که مهمترین قسمت سخت افزاری جهت پیاده سازی محسوب می شود نیز مورد بررسی قرار داده ایم. در نهایت نقشه های بدست آمده از مسیر های حرکتی نیز ارائه شده است. باشد که کار های انجام شده در راستای پیشرفت زمینه رباتیک مورد استفاده قرار بگیرند.