بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به اینکه عوامل محیطی و داخلی میتوانند روی عملکرد اجزای سیستم تاثیر داشته باشند، ممکن است که این اجزا دچار افت عملکرد یا کاهش کارایی1 شوند و نتوانند آنچه که از آنها انتظار میرود، را برآورده کنند، در چنین مواردی سیستم باید بتواند با حفظ پایداری2 و عملکرد رضایتبخش به کارکرد خود ادامه دهد بدین منظور کنترلکننده اعمالی به سیستم باید قادر باشد که اثر عیب رخ داده شده را از بین ببرد و همین ایده استفاده از کنترلکنندههای تحملپذیر عیب3 شده است.
محل رخ دادن عیب ممکن است محرکها4، اجزای اصلی سیستم و یا سنسورها5 باشد. عیبی که در این مقاله در نظر گرفته میشود، عیب محرک میباشد. سیستم تعلیق قطار الکترومغناطیسی شامل یک الکترومغناطیس با هسته فرومغناطیسی و یک سیم پیچ که جذب ریل است، میباشد. حفظ فاصله هوایی قطار با ریل یکی از اهداف مهم در طراحی و ساخت این گونه سیستمهاست؛ کنترل و حفظ این فاصله از طریق جریانهای اعمالی سمت راست و چپ انجام میگیرد. به عبارت دیگر، این جریانها کنترل کنندههای سیستم میباشند. برای غلبه بر مشکلات ناشی از عیب در سیستم تعلیق قطار الکترومغناطیسی، طراحی کنترل کنندهی تحمل پذیر عیب ضروری به نظر میرسد.
.1 مقدمه
ماگلو تکنولوژی است که برای قطارهای با سرعت بالا استفاده میشود که در آن قطار روی ریل و با استفاده از نیروی مغناطیسی جابجا میگردد. این نوع قطارها تماس فیزیکی با ریل ندارند به همین دلیل به موتور و سوخت نیازی ندارند و مزیت اصلی آنها در کاهش اصطکاک، تلفات مکانیکی، لرزش و سروصدا میباشد که به طور چشمگیری کاهش یافته است - Yang . - 1 و همکارانش در دو مقاله به طراحی کنترل کننده مقاوم برای این نوع سیستمها پرداختند آنها برای کار خود از رویکرد DOBC استفاده کردند و توانستند سیستم را در شرایطی شبیه سازی کنند که با نامعینیها مقابله کند
اما تنها اغتشاش و نامعینی نیست که میتواند روی عملکرد این نوع سیستمها تاثیر داشته باشد بلکه رخدادن عیب نیز تاثیر بسزایی دارد. در سالهای اخیر موضوع تحمل پذیری عیب برای سیستمهای غیرخطی از طریق روشهای مختلفی برای سیستمهای مختلفی به طور ویژهای مورد توجه محققان و پژوهشگران بوده است. چون وقوع عیب تنها به مخدوش کردن عملکرد سیستم منجر نمیشود بلکه گاهی اوقات سیستم را به ناپایداری میکشاند. بنابراین مسئله طراحی کنترل کنندهای که دو مورد عملکرد و پایداری را در حضور محرکهای معیوب حفظ کند، یک مسئله ضروری است که در مقالات آن را به نام FTC1 میشناسند
از میان این روشها میتوان به نامساوی ماتریسی خطی2 اشاره کرد که نویسندگان مقاله مسئله کنترل تحمل پذیر عیب مقاوم موجود در سیستمهای خطی متغیر با زمان3 را با در نظر گرفتن عیب محرک و سنسور حل کرده اند. روش حل آنها از طریق تکنیک بهینه سازی L2 میباشد و عیبها را به کمک الگوریتم تشخیص و جداسازی عیب4 شناسایی کردند و به کمک روش LMI کنترل کننده تحمل پذیر خطا طراحی نمودند - Hu . - 4 و همکارش در مرجع - 5 - یک فلوچارت کنترل مد لغزشی مبتنی بر کنترل تطبیقی برای جبران عیب در سیستمهای LTI ارائه کردند که هم عیبهای نامعلوم را جبران کند و هم اینکه بتواند با اغتشاشات خارجی مقابله کند. و با شبیه سازی مدل پیشنهادی روی سیستم هواپیما توانستند کارایی روش خود را نشان دهند.
Wang و همکارش نیز با بهره گیری از فیدبک خروجی یک کنترل کننده تطبیقی مقاوم به منظور جبران اتوماتیک عیب در سیستمهای خطی ارائه کردند. آنها کنترل کننده را طوری طراحی کردند که با استفاده از اطلاعات به دست آمده از مکانیسم واحد تطبیقی، آپدیت شود و مزیت این روش این است که به صورت آنلاین عیبها را جبران میکند
مواردی که در بالا ذکر شده کارهایی بودند که برای سیستمهای خطی کنترل تحمل پذیر طراحی شده است. در مراجع - - 8 ,7 سیستم تحت طراحی از نوع غیرخطی با کنترل پسیو میباشد. در مرجع - 6 - نویسندگان کنترل تحمل پذیر عیب را به وسیله روش H طراحی کردند و آن را برای سیستمهای کنترلی شبکه در نظر گرفتند. روش کنترل تحمل پذیر عیبی که مورد استفاده قرار گرفته است روش پسیو یا غیرفعال میباشد و با بهره گیری از تابع لیاپانوف5 و کنترل بهینه توانستند کنترل کننده موردنظر را طراحی کنند.
همچنین Benbrahim و همکارش نیز با استفاده از رویکرد کنترل مد لغزشی فازی نوع دوم توانستهاند یک کنترل کننده تحمل پذیر عیب پسیو برای جبران عیبهای محرک طراحی نمایند. سیستم آنها از نوع غیرخطی و با در نظر گرفتن توابع نامعلوم و اغتشاشات میباشد که به وسیله روش فازی-تطبیقی توابع نامعلوم را تقریب زدند - . - 7 در زمینه کنترل تحمل پذیر عیب فعال میتوان به مقاله Sami اشاره کرد - - 9 که هم عیب محرک را در نظر گرفته است و هم عیب سنسور؛ فقط فرضیه ای که روی آنها قرار داده است، این است که مشتق مرتبه اول آنها محدود و کراندار باشد.
در مراجع - 15-10 - نویسندگان از کنترل بازگشت به عقب برای طراحی کنترل کننده در سیستمهای غیرخطی بهره بردند. سیستمیکه در این مراجع در نظر گرفته شده است کلاس خاصی از سیستمهای غیرخطی است که یا به فرم فیدبک خروجی و یا به فرم مثلثی هستند. در مراجع - - 13 ,12 مدلی که برای عیب محرک فرض شده است از نوع stuck است اما در مراجع - 15 ,14 ,11 ,10 - علاوه بر عیب stuck، عیب افت عملکرد نیز جبران شده است. همچنین در مقالات اخیر مدلهای دیگری از عیب و سیستم در نظر گرفته شده است به عنوان مثال در مرجع - 16 - عیب را به صورت توابعی نامعلوم از ورودی کنترل در نظر گرفته است و در مرجع - 17 - نوعی از سیستمهای مرتبه بالا برای طراحی فرض شده است.
بسیاری از محققان روشهای ابداع شده را روی ماگلو به کار بردند، به عنوان مثال میتوان به مقاله Li اشاره کرد که هم اغتشاش و هم تشخیص عیب را به صورت همزمان برای ماگلو پیاده سازی کرده است - . - 18 همچنین موضوع کنترل تحمل پذیر عیب نیز برای سیستم ماگلو را در کار آقای نظری میتوان دید - . - 19 آقای Pang و همکارانش از کنترل کننده تحمل پذیر عیب فعال برای کنترل این نوع سیستمها بهره بردند - - 20 و آقای Kim و همکارانش در کار خود علاوه بر تحمل پذیری عیب، اغتشاش را نیز مدنظر قرار دادند
قسمتهای دیگر مقاله به صورت زیر تنظیم شده است: در بخش دوم، ساختار کنترل کننده تحملپذیر عیب مورد بررسی قرار گرفته و انواع آن معرفی میگردد، در بخش سوم به ذکر جزئیاتی در مورد سیستم تعلیق قطار الکترومغناطیسی میپردازیم، در بخش چهارم مدل عیبهای احتمالی معرفی شده است، در بخش پنجم روش طراحی کنترل کننده تحملپذیر عیب با رویکرد تطبیقی ارائه شده است، در بخش ششم رویکرد تطبیقی بازگشت به عقب تشریح شده است، در بخش هفتم نتایج شبیه سازی ارائه شده است و در بخش پایانی نتایج مورد بحث قرار گرفته است.
.2 کنترل کننده تحملپذیر عیب
سیستمهای کنترل تحملپذیر عیب به صورت کلی به دو دسته پسیو و فعال تقسیم میشوند. کنترلکنندههای تحملپذیر عیب پسیو ثابت هستند و فقط در مقابل عیبهای از پیش تعیین شده مقاوم هستند. این روش به الگوریتم شناسایی و تشخیص عیب1و پیکرهبندی دوباره کنترلکننده نیاز ندارد اما توانایی تحملپذیری عیب آنها محدود است. شکل1 ساختار این نوع کنترل کنندهها را نشان میدهد
شکل -1 ساختار کنترل کنندههای پسیو
در مقابل کنترلکنندههای تحملپذیر عیب پسیو، کنترلکنندههای تحملپذیر عیب فعال قرار دارند که در مقابل عیبهای رخ داده برای سیستم، کنترلکننده را بازسازی میکنند تا پایداری و عملکرد مطلوب سیستم حفظ شود. به این کنترلکنندهها، خودتنظیم نیز گفته میشود که در شکل2 بلوک دیاگرام آنها رسم شده است
