لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این مقاله، کنترل وضعیت یک ماهواره صلب با کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی (PID) بهبودیافته با روش مشاهده گر در حضور اغتشاش و با فرض عدم قطعیت مطالعه شده است. از دینامیک مرتبه اول برای مدل سازی چرخ عکس العملی به عنوان عملگر کنترلی با لحاظ کردن محدودیت عملی حداکثر گشتاور تولیدی استفاده شده است. در روش مشاهده گر، اشباع و جمع شوندگی سیگنال کنترلی، با یک ضریب اصلاحی به کنترل کننده فیدبک شده و نهایتاً سیگنال کنترلی بهبود می یابد. ضرایب کنترلی با روش بهینه سازی مبتنی بر الگوریتم تکاملی ژنتیک با روش پنالتی و به ازای معیار عملکرد میانگین مطلق خطای نشانه روی بدست آمده است. به منظور بررسی عملکرد، مقایسه ای بین کنترل کننده بهبودیافته و کنترل کننده PID کلاسیک بر حسب تغییر پارامترهای کنترلی، نمودار صفحه فاز، چرخه حدی، عدم قطعیت ها، دامنه و فرکانس اغتشاش خارجی انجام شده است. به منظور مقایسه منصفانه، همه شرایط در بهینه سازی و حل عددی در دو کنترل کننده یکسان انتخاب شده است. مقایسه نتایج، نشانگر عملکرد مناسب تر کنترل کننده بهبودیافته و رفع جمع شوندگی و اشباع در آن است. بطوری که در مواجهه با اغتشاش و نمودار چرخه حدی عملکرد کنترل کننده بهبودیافته به وضوح قابل مقایسه با کنترل کننده کلاسیک است. علاوه بر این عملکرد دو کنترل کننده مذکور در مواجهه با عدم قطعیت های ممان اینرسی ماهواره، مدل عملگر، دامنه و فرکانس اغتشاشات و حداکثر مومنتوم مطالعه شده که عموماً رفتار کنترل کننده بهبودیافته مناسب تر بوده و دقت نشانه روی بیشتری دارد. بطور نمونه دقت کنترل بهبودیافته تحت عدم قطعیت ممان اینرسی حدود 15 درصد بهتر از کنترل کلاسیک است.

کوادروتور یکی از رایج ترین مدل های پرنده بدون سرنشین با چهار ملخ محرک است که ساختار مکانیکی ساده، سبک و کوچکی دارد و در عین حال از قابلیت مانوردهی بالایی برخوردار است. با این حال، دینامیک غیرخطی و زیر تحریک این پرنده بدون سرنشین چهار ملخه نیازمند کنترل کننده های پیشرفته تری برای غلبه بر اغتشاش های خارجی، حفظ تعادل و ردیابی دقیق مسیر پرواز است. به ویژه زیر سیستم دینامیکی زیرتحریک کوادروتور نیازمند پاسخی سریع، بدون بالازدگی و با کمترین خطای حالت دائم است. در این مقاله، با بهره گیری از سیستم های فازی و مرتبه کسری، کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی فازی مرتبه کسری برای هدایت سیستم کوادروتور به منظور بهبود سرعت پاسخ گویی، دقت ردیابی و مقاومت سیستم کنترل نسبت به کنترل کننده سنتی تناسبی-انتگرالی-مشتقی طراحی شده است. ساختار کنترل کننده زیرسیستم دینامیکی زیرتحریک کوادروتور براساس تئوری کنترل حلقه داخلی-بیرونی طراحی شده که در آن از تحلیل سینماتیک معکوس صریح و تحلیلی سیستم برای ارتباط حلقه های داخلی و بیرونی استفاده شده است. همچنین، در مدل دینامیکی کوادروتور، دینامیک موتورها و اشباع محرکه ها لحاظ شده و تاثیر آن بر عملکرد کنترل کننده ها بررسی شده است. برای ارزیابی عملکرد ردیابی کنترل کننده ها یک مسیر به شکل مانور هوایی هشت طراحی شده و عملکرد کنترل کننده ها در غیاب و در حضور اغتشاش باد سنجیده شده است. دقت کنترل کننده ها در ردیابی مسیر حرکت براساس شاخص های بیشترین قدر مطلق خطا و انتگرال قدر مطلق خطا مطالعه و مقایسه شده است که نشان می دهد کنترل کننده پیشنهادی PID فازی مرتبه کسری به خوبی توانسته عملکرد سیستم را بهبود ببخشد.

در این مقاله، یک کنترل کننده فازی مرتبه کسری جدید با نام فازی تناسبی + فازی انتگرالی + فازی مشتقی ([i]FP+FIα +FDβ ) پیشنهاد شده است. کنترل کننده پیشنهادی در ساختار خود یک بهره، انتگرال گیر و مشتق گیر با مرتبه کسری است. کنترل کننده مدنظر دارای ساختاری با دو مرتبه کسری قابل تنظیم است و به سادگی طراحی می شود. این کنترل کننده، عمل پایدارسازی را در زمان کوتاهی انجام می دهد. همچنین زمان پاسخ دهی می تواند با استفاده از تنظیم ضریب مقیاس زمانی α و β تغییر یابد که سبب می شود نسبت به کنترل کننده PID کلاسیک[ii]، انعطاف پذیری و عملکرد بهتری داشته باشد. همچنین، در طراحی کنترل کننده پیشنهادی، تنظیم بهینه بهره های کنترل کننده و اعضای فازی به یک مسیله بهینه سازی تبدیل شده که با الگوریتم ترکیبی جدیدی مبتنی بر کلونی جستجوی ویروس ([iii]VCS) و کلونی زنبورعسل ([iv]ABC) با نام ([v]HVCS-ABC) براساس تابعی در حوزه زمان انجام شده است. در الگوریتم ترکیبی پیشنهادی، سعی شده است از نقاط قوت جستجوی محلی و نهایی آنها بهره گرفته شود تا امکان قرارگرفتن در نقاط محلی به صورت چشم گیری کاهش یابد. بررسی به ازای سناریوهای مختلف تغییرات بار، عملکرد بهتر کنترل کننده پیشنهادی را در مواجهه با اغتشاش بار از نقطه نظر ریشه میانگین مربعات، فراجهش و فروجهش، تعداد نوسانات و زمان نشست تغییرات فرکانس نشان می دهد.

در این مقاله، یک قانون هدایت تناسبی- انتگرالی با همگرایی زمان محدود با استفاده از ایده ناوبری موازی و به منظور صفر کردن نرخ چرخش خط دید در زمان محدود ارائه شده است. در قانون جدید، نرخ چرخش خط دید پیش از پایان زمان محدود هدایت فاز نهایی به سمت صفر و یا همسایگی کوچکی از صفر میل می کند. همچنین، قانون هدایت تناسبی-انتگرالی مذکور برای حالت دینامیک مرتبه اول رهگیر و به منظور برقراری پایداری حلقه هدایت و همگرایی زمان محدود نرخ چرخش خط دید توسعه داده شده است. در این حالت، از مشتقات مرتبه بالاتر نرخ چرخش خط دید برای جبران اثر دینامیک رهگیر استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان دهنده آن است که قانون هدایت جدید نسبت به قانون هدایت تناسبی با همگرایی زمان محدود و هدایت تناسبی حقیقی دارای قوام بیشتری نسبت به مانور هدف بوده و عملکرد بهتری از خود نشان می دهد.

توربین های باد با سیستم انتقال قدرت هیدرواستاتیک علاوه بر مزایای عمده خود از قبیل افزایش قابلیت اعتماد و امکان بکارگیری ژنراتورهای سنکرون، این امکان را می دهد تا با نصب ذخیره کننده زمان کوتاه، کیفیت و کمیت توان خروجی از توربین باد را افزایش دهد. ذخیره سازی انرژی از این لحاظ دارای اهمیت می باشد که مقدار قابل توجهی از توان موجود در پروفایل باد، نهفته در اغتشاشات است که با بکارگیری ذخیره کننده مناسب می توان این مقدار توان نهفته را بهره برداری نمود. در این مقاله به بررسی و مطالعه آثار بکارگیری ذخیره کننده در توربین باد و تاثیر سایز آن در سیستم انتقال قدرت هیدرواستاتیک پرداخته شده است. ابتدا مدل دینامیکی غیرخطی توسط روابط آیرودینامیکی و سیالاتی توربین باد بدست می آید. سپس معادلات حاکم، حول نقاط عملکردی از قبل بدست آمده، خطی سازی می شوند. با استفاده از معادلات بدست آمده، سیستم کنترلی بر مبنای کنترل کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی و با قابلیت سوئیچینگ بمنظور کنترل در تمامی نواحی عملکردی توربین باد طراحی و سپس بر روی سیستم اعمال می شود. طی سناریوهای مختلف شبیه سازی در حالت بدون ذخیره کننده و همچنین با ابعاد مختلف آن، تاثیر افزودن ذخیره کننده بر بهبود کیفیت و کمیت توان خروجی مورد بررسی قرار می گیرد. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با انتخاب مناسب سایز ذخیره کننده، توان خروجی افزایش چشمگیری می یابد و همچنین منجر به کاهش نوسانات و بهبود کیفیت توان خروجی خواهد شد.

در این مقاله یک قانون هدایت تناسبی-انتگرالی به منظور صفر کردن نرخ چرخش خط دید ارایه شده که در آن شرط پایداری حلقه هدایت در حضور دینامیک خود خلبان و جستجوگر با استفاده از ملاک دایره مورد ارزیابی قرار گرفته است. شرط ارایه شده یک محدوده برای زمان باقیمانده تا برخورد ارایه نموده که می تواند علاوه بر تضمین پایداری به عنوان ابزار طراحی پارامترهای قانون هدایت، خود خلبان و جستجوگر در نظر گرفته شود. شرط پایداری قانون هدایت جدید نسبت به قانون ناوبری تناسبی دارای فضای پایداری بیشتری بوده و از محافظه کاری کمتری برخوردار است. نتایج شبیه سازی نشان دهنده آن است که قانون هدایت جدید نسبت به قانون ناوبری تناسبی دارای قوام بیشتری نسبت به مانور هدف بوده و عملکرد بهتری از خود نشان داده است.