پایان نامه کنترل پیش بینی سیستم های غیر خطی با استفاده از مدل ولترای مرتبه دوم
چکیده
در این پایان نامه، روش کنترل پیش بین سیستم های غیرخطی با استفاده از مد ولترا مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا به ارائه یک مقدمه کلی در مورد کنترل پیش بین پرداخته شده است. سپس در مورد کنترل پیش بین غیرخطی بحث گردیده است. کنترل کننده پیش بین معرفی شده در اینجا یک کنترل کننده مرکب می باشد. که خواص MPC خطی را حفظ توانائی های آن را به سیستم های غیرخطی تعمیم می دهد.
طرح مدل ولترای به کار رفته کنترل کننده را به یک کنترل کننده خطی و یک حلقه کمکی برای اعمال اثرات ترم های غیرخطی تقسیم می کند. برای بررسی کارائی عملکرد این روش با روش دیگر مقایسه گردیده است. نتایج حاصل کارائی مطلوب این روش را تائید می کند.
فصل اول
مفاهیم مقدماتی
1-1- معرفی کنترل پیش بین
مفهوم کنترل پیش بین در اواخر دهه 1970 به طور همزمان توسط Richalet و Ramaker&culterR ارایه گردید. کنترل پیش بین به کنترل کننده های مدل پایه تعلق دارند که در آنها جهت محاسبه ورودی کنترل وجود یک مدل صریح از فرآیند تحت کنترل لازم است. شکل (1-1) نمایی از کنترل کننده های مدل پایه را به تصویر کشیده است.
که y,u,w به ترتیب خروجی مطلوب پروسه، خروجی کنترلر و خروجی واقعی پروسه هستند، مثال های دیگری از کنترلرهای مدل پایه روش LQ و جایابی قطب هستند.
پیشرفت تکنولوژی کامپیوتر و در دسترس قرار دادن نرم افزارها و سخت افزارهای کنترلی ارزان قیمت، امکان طراحی سیستم های کنترلی با کارایی بالاتر پیچیده شدن سیستم های صنعتی با حلقه های کنترلی متعدد و دلایل اقتصادی از دلایل رشد و مورد توجه قرار گرفتن این شیوه کنترلی در دو دهه گذشته بوده است.
از مهمترین ویژگی های کنترل پیش بین می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- برخلاف کنترل کننده های LQ و جایابی قطب کنترل کننده های پیش بین را می توان برای سیستم های غیرخطی نیز طرح کرد.
2- در کاربردهای واقعی عموما قیدهایی بر روی خروجی فرآیند با کنترل کننده وجود دارد. کنترل پیش بین تنها روش است که می تواند این قیود را به طور سیستماتیک در طراحی کنترل کننده وارد کند.
3- کاربرد این روش به سیستم های چند ورودی – چند خروجی نیز قابل تعمیم است.
4- طرح کنترل کننده های پیش بین همچنان یک زمینه تحقیقاتی است. تاکنون بیش از چندین روش کنترل پیش بین خطی و غیرخطی طرح شده است و همچنان محققان زیادی برای طرح روش های دیگر در تلاش هستند.
5- به علت آنکه کنترل پیش بین از پیش بینی خروجی ها استفاده می کند در مسائلی که مسیر مرجع مطلوب از قبل تنظیم شده است کاربرد موثری دارد.
6- تنظیم پارامترها در این روش بسیار آسان است و حتی برای کاربردهای عادی نیز قابل فهم است.
7- اما مهمترین ویژگی که باعث استفاده روزافزون از روش کنترل پیش بین در کاربردهای صنعتی خصوصا شیمیایی شده است، توانایی کنترل فرآیندها با تاخیر زیاد است. همچنین در هنگام تبدیل فرآیندهای زمان پیوسته به زمان گسسته ممکن است فرآیند غیر می نیمم فاز شود. کنترل پیش بین توانایی کنترل فرآیندهای غیر می نیمم فاز را نیز دارد.
طراحی و محاسبات کنترل کننده پیش بین در هر دو حالت زمان پیوسته و زمان گسسته انجام می شود. اما به دلیل مناسب بودن الگوریتم های ارائه شده در این شیوه با محاسبات کامپیوتری طراحی این روش در حوزه زمان گسسته بیشتر گزارش شده.
روش کنترل پیش بین یک عیب عمده نیز دارد. در حالت کلی می توان در طراحی سیستم های کنترل مدل پایه دو فاز مجزا در نظر گرفت. مدلسازی و طرح کنترل کننده تئوری کنترل پیش بین تنها پاسخ بخش طراحی کنترل کننده را در اختیار قرار می دهد. یافتن مدل مناسب برای کنترل پیش بین در خروجی های آینده باید جداگانه بررسی شود. دشواری های این مسئله در طراحی سیستم های کنترل غیرخطی بیشتر نمایان می شود.
همانگونه که بیان شد کنترل پیش بین به گروه کنترل کننده های مدل پایه تعلق دارد که در آنها ارائه یک مدل صریح از فرآیند تحت کنترل جهت طراحی کنترل کننده یک شرط لازم است، کنترل کننده های پیش بین به دو کلاس خطی و غیرخطی تقسیم می شود. اگر سیستم مورد نظر خطی باشد آنگاه کاربرد روش کنترل پیش بین ما را به استراتژی رهنمون می کند که به آن کنترل پیش بین خطی می گویند. در روش کنترل پیش بین خطی اغلب کنترل کننده ها در حوزه زمان گسسته به کار می رود البته امکان طراحی این کنترل کننده ها برای استفاده در حوزه زمان پیوسته نیز وجود دارد. نتیجه تحقیقات دانشمندان باعث پیدایش چهارده روش کنترل پیش بین خطی گردید که از آن جمله می توان به روش های MAC و DMC و EPSAC و GPC و UPC اشاره نمود. علاقه مندان برای آگاهی با جزئیات این روش ها می توانند به مقالات ارائه شده در این زمینه که برخی از آنها در فهرست مراجع نیز آمده است مراجعه نمایند.
از دهه 90 میلادی به بعد توجه دانشمندان علم کنترل به کلاس غیرخطی کنترل پیش بین معطوف شده است و تحقیقات در این زمینه همچنان ادامه دارد و حاصل این تحقیقات نیز باعث پیدایش الگوریتم های متعددی شده است که در این زمینه در فصول بعدی بیشتر بحث خواهیم نمود.