بخشی از مقاله
چکیده
یکی از مسائل مهم در اتوماسیون صنایع کنترل حرکت میباشد این موضوع در صنایعی همانند خودروسازي که در آن از رباتهاي جوشکار، حامل بار، ربات هاي کارگر و ماشین کار استفاده می شوند از اهمیت بسیار بیشتري برخوردار است. دراین رباتها حرکتهاي ناگهانی، شتابگیري و ترمزگیري ناگهانی، تکانهاي ناخواسته و نیروهاي ناخواسته و خارج از ظرفیت بارگذاري می تواند باعث از کار افتادن ربات و درنتیجه کاهش بازده خط تولید شود. در این مقاله به طراحی یک کنترلر پیشبینی کننده براي مقابله با این مسئله پرداخته خواهد شد، به این منظور از یک سیستم موتور DC و یک بازو براي مدلسازي ربات جوشکار استفاده شدهاست، همچنین براي مدلسازي ورودي اغتشاش حاصل از تکانهاي شدید از مدلجابجایی ضربه اي استفاده شده است و در نهایت با استفاده از نرم افزار متل1ب یک کنترلر مناسب براي این سیستم طراحی شدهاست.
کلمات کلیدي: کنترل پیشبینی کننده، بار ضربهاي، موتور DC
مقدمه
کنترل حرکت یکی از مسائل اساسی در صنعت اتوماسیون می باشد که در صنایعی همچون ماشین کاري، ربات هايکار،جوش رباتهاي کارگر و سایر صنایع از اهمیت زیادي برخوردار می باشد. قرار دادن یک ذره در جاي مناسب خود با گشتاور قابل قبول در زمان معین یکی از ملزومات تولید پربازده میباشد. براي طراحی یک کنترلر حرکت با دقت باید موقعیتنظر جدید ذرهي مورد توسط سیستم تعیین شود بنابراین اندازهگیري اختلاف موجود بین موقعیت حاصل و موقعیت مورد نظر موجب ایجاد سیگنال کنترلی توسط کنترلر و تعدیل سازي حرکت خواهد شد. در صنایع گوناگون به خصوص صنایعی مانند خودروسازي که تعداد زیادي بازو هاي مکانیکی به انجام فعالیتهایی همچون جوشکاري، جابجایی قطعات، سرهمبندي و ... میپردازند.
حرکات ناگهانی یا شتابگیري و ترمزگیري ناگهانی، تکانهاي ناخواسته و نیروهاي ناخواسته و خارج از ظرفیت بارگذاري میتواند باعث از کار افتادن ربات و درنتیجه کاهش بازده خط تولید می شود .[1] در این مقاله هدف ارائه ي یک کنترلر مناسب براي حل این مشکل و حذف اثرات نامطلوب حاصل از نیروي اغتشاش ضربه مانند میباشد. کنترلر مورد بررسی در این مقاله کنترلر پیشبینی کنندهي مدل2 میباشد براي این منظور یک موتور DC با یک لینک که در شکل 1 نشان داده شدهاست مورد بررسی قرار می گیرد.کنترل پیشبینی کننده ي مدل یک وسیله یا کنترلر قابل استفاده درمسائل صنعتی چند متغیره بزرگ می باشد. هدف اصلی این کنترل این است که یک معیار عملکرد را کهاحتمالاً درآینده خروجی و سیگنال کنترلی را تحت تأثیر قرار خواهد داد را کمینه کند.
در این روش رفتار آینده ي سیستم براساس مدلی از پلنت بدست میآید. این کنترلر از مدلها و اندازهگیريهاي کنونیکردن براي پیشبینی حرکت آینده در متغیرهاي مستقل استفاده می کند که موجب تأثیرگذاري در تمامی قیدهاي مربوط به متغیر مستقل و غیر مستقل میشود. سپسMPC این مجموعهي متغیرهاي مستقل را به داخل سیستم اصلی میفرستد تا به فرآیند اعمال شود. در این روش رفتار آیندهي سیستم براساس مدلی از پلنت بدست میآید. این کنترلر از مدلها و اندازهگیريهاي کنونی براي پیشبینی کردن حرکت آینده در متغیرهاي مستقل استفاده می کند که موجب تأثیرگذاري در تمامیقیدهاي مربوط به متغیر مستقل و غیر مستقل می شود. سپسMPC این مجموعه ي متغیرهاي مستقل را به داخل سیستم اصلی میفرستد تا به فرآیند اعمال شود. یک کنترلر MPC میتواند طبق الگوریتم زیر عمل کند:
-1 توسعهي یک مدل براي فرآیند توسط مهندس کنترل.
-2 در زمان t وروديها و خروجیهاي فرآیند گذشته مورد استفاده قرار میگیرند که به صورت موازي با مدل فرآیند میباشند، تا خروجیهاي آیندهي فرآیند مورد محاسبه قرار گیرند.
-3 سیگنال کنترلی که بهترین پاسخ را از خود ایجاد می کند انتخاب میشود. -4 سیگنال کنترلی در یک بازهي زمانی معین به سیستم اعمال میشود. -5 پس عبور به بازه زمانی بعدي گام دوم دوباره تکرار میشود .[2]
الگوریتم فوق یکی از الگوریتمهاي ممکن است که میتوان آن را بر روي سیستمهاي با تعداد ورودي و خروجی زیاد نیز اعمال نمود. زمانی که میخواهیم بین رفتار پیشبینی شده و رفتار مطلوب مقایسهاي انجام دهیم روشهاي زیادي وجود دارد یکی از روش هاي معمول این است که پاسخ مطلوب را نیز براساس فرمولهاي ریاضی بیان کنیم یعنی یک مدل ریاضی براي پاسخ مطلوب خود بیابیم 3] و.[4 همانطور کهقبلاً گفته شد در این مقاله هدف طراحی یک کنترلر پیشبینی کنندهي مدل براي دفع یک اغتشاش ضربهاي که بصورت جابجایی وارد می شود، میباشد. براي این کار از جعبه ابزار نرمافزار متلب که مخصوص طراحی این کنترلر می باشد استفاده شدهاست. نتایج این شبیهسازي نشان می دهد که این کنترلر به خوبی با حل یک مسئلهي بهینه سازي به پاسخ مورد نظر با در نظر گرفتن تمامی قیود میرسد.
مدلسازي
یک موتور DC با میدان ثابت الکتریکی در نظر گرفته میشود. مدار الکتریکی این موتور در شکل زیر نشان داده شده است.در این مدار ولتاژ دو سرآرمیچر برابر با ea - t - ، مقاومت مدار برابر با Ra ، اندوکتانس مدار برابر با La و ثابت ضدمحرکه برابر با Kb میباشد. بنابراین داریم:
