در این مقاله، شبیه سازی سیستم کنترل وضعیت یک نانو ماهواره مجهز به عملگرهای ژیروسکوپی تک قابی با به کارگیری راهبرد های کنترلی مختلف، ارائه شده است. سیستم کنترل وضعیت در حالت پایداری وضعیت از راهبرد های LQR و LQG و در حالت مانوری ماهواره از راهبرد کنترل فیدبک کواترنیون استفاده می کند. در حالت پایداری وضعیت با خطی سازی معادلات دینامیکی غیرخطی ماهواره و عملگرهای ژیروسکوپی، کنترلرهای LQR و LQG طراحی شده اند؛ به طوری که در سایر تحقیقات صورت گرفته در این زمینه، از این کنترلرها در پایداری وضعیت استفاده نشده است. در حالت مانوری ماهواره نیز از یک کنترلر فیدبک کواترنیون به فرم خطی به منظور سیستم غیر خطی استفاده شده است. کارایی سیستم کنترل وضعیت و راهبردهای کنترلی ارائه شده برای یک نانو ماهواره مجهز به عملگرهای ژیروسکوپی تک قابی با آرایش هرمی در نرم افزار سیمولینک/ متلب بررسی شده است. نتایج شبیه سازی بیانگر تحقق پایداری وضعیت و مانور ماهواره در زوایای بزرگ و همچنین دقت بیشتر راهبرد های LQR و LQG در مقایسه با روش فیدبک کواترنیون است.

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

سیستم ژیروسکوپ، یک سیستم غیر خطی جذاب است که در صنایع مختلف نظامی، هوا و فضا، ناوبری و بسیاری دیگر از صنایع کاربرد دارد. با توجه به کاربرد های در طیف وسیعی صنایع از ژیروسکوپ، طراحی سیستم کنترل برای بهبود رفتار آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اکثر سیستم ها در دنیای واقعی، دارای دینامیک غیر خطی می باشند و جلوگیری از اثرات مخرب نویز و اغتشاش های خارجی غیرقابل پیش بینی اجتناب ناپذیر است. در این مقاله یک کنترل کننده مدل آزاد برای این سیستم پیشنهاد می شود. به عبارت دقیق تر، از کنترل کننده مد لغزشی به دلیل مقاوم بودن در مقابل نامعینی های دینامیک سیستم و اغتشاش های وارد بر سیستم، به طور گسترده در کنترل سیستم های غیر خطی استفاده می شود. در این مقاله رفتار دینامیکی سیستم غیر خطی ژیروسکوپ مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفته و از کنترل کننده مد لغزشی مبتنی بر شبکه عصبی برای کنترل سیستم ژیروسکوپ استفاده می شود. پایداری سیستم غیر خطی ژیروسکوپ با استفاده از تئوری لیاپانوف اثبات . برای بررسی رفتار سیستم کنترلی پیشنهادی و مقایسه با سایر کنترل کننده ها، مدل غیر خطی ژیروسکوپ در سیمولینک متلب، شبیه سازی می شود و کارآمدی رهیافت کنترلی پیشنهادی در کنترل سیستم غیرخطی ژیروسکوپ مورد بررسی قرار می گیرد.

یکی از دغدغه های اساسی در فن آوری های انرژی تجدید پذیر مانند توربین بادی، هزینه های اقتصادی و صرفه جویی در هزینه های مرتبط با ساخت آن است. کاهش ارتعاشات سازه توربین بادی می تواند خستگی مکانیکی سازه ناشی از بارهای باد را کاهش داده و منجر به کاهش مواد مصرفی و هزینه شود. علاوه بر این اگر نیروی برشی و ممان خمشی در پایه سازه توربین کاهش یابد، می توان از فونداسیون با ابعاد کوچکتر و مصالح کمتر استفاده کرد. همه این عوامل تاثیر مثبت در کاهشی هزینه یک توربین بادی دارد. در این مطالعه یک ژیروسکوپ پایدارساز جهت کاهش ارتعاشات ناشی از باد در یک توربین 5 مگاواتی مورد بررسی قرار گرفته است. برای این کار مدل معتبر فست مورد استفاده قرار گرفته است. علاوه بر این از دو نسخه ژیروسکوپ استفاده شده است در حالت اول ژیروسکوپ بصورت غیرفعال نقش پایدار ساز داشته و در حالت دوم به عنوان عملگر فعال عمل می کند. همچنین یک کنترل کننده PID جهت کنترل سیستم فعال طراحی شده است. تاثیر عملگر ژیروسکوپ بر ارتعاشات، نیروی برشی و ممان خمشی ناشی از بارهای باد از طریق شبیه سازی مورد بررسی قرار گرفته است و نشان داده شده است که سیستم پیشنهادی در حالت فعال توانایی کاهش میزان ارتعاشات، نیروی برشی و ممان خمشی پایه توربین را در حدود 32 درصد و در حالت غیرفعال در حدود 14 درصد داراست.

در این مقاله، یک کنترل کننده مد لغزشی ترمینال تطبیقی بدون تکینگی مبتنی بر رؤیتگر اغتشاش برای فرایند تشخیص و کنترل فرایند تحریک سیستم ژیروسکوپ ارتعاشی میکروالکترومکانیک پیشنهاد می شود. بدین منظور در ابتدا معادلات دینامیکی سیستم ژیروسکوپ ارتعاشی بیان می گردد. در ادامه معادلات دینامیکی این سیستم به حوزه معادلات حالت و سپس به حوزه خطای ردگیری انتقال داده می شود. پس از آن ساختار دینامیکی رؤیتگر اغتشاش زمان محدود ارائه می گردد. سپس روش طراحی کنترل مد لغزشی ترمینال تطبیقی بدون تکینگی و مبتنی بر رؤیتگر اغتشاش زمان محدود بیان می شود. راهکار پیشنهادی کنترل فرایند تحریک را در حضور عدم قطعیت های ساختاری و غیر ساختاری موجود در معادلات دینامیکی سیستم ژیروسکوپ ارتعاشی میکروالکترومکانیکی انجام می دهد و فرایند تشخیص از طریق تنها یک قانون تطبیقی انجام می گردد. اثبات ریاضی نشان می دهد که سیستم حلقه بسته با کنترل پیشنهادی و در حضور عدم قطعیت های موجود، دارای پایداری مجانبی سراسری زمان محدود است. حضور رؤیتگر اغتشاش در ساختار کنترل پیشنهادی باعث می شود تا نقش عدم قطعیت های غیر ساختاری در فرایند کنترل سیستم ژیروسکوپ را تضعیف نماید و دامنه ورودی کنترل را نیز کاهش دهد. برای بررسی عملکرد کنترل پیشنهادی، شبیه سازی هایی در 3 مرحله بر روی سیستم ژیروسکوپ ارتعاشی الکترومکانیک پیاده سازی می گردد. نتایج شبیه سازی ها، عملکرد مطلوب راهکار پیشنهادی را تأیید می نمایند.