بخشی از مقاله
چکیده:
وقوع خطا صدمات جبران ناپذیری به سیستمهای صنعتی اعمال مینماید، بنابراین نیاز به تشخیص، شناسایی و جبران آن خواهد بود. در این مقاله طرحی برای کنترل وفقی تحمل پذیر خطا به صورت غیر متمرکز برای سیستمهای غیر خطی در مقیاس بزرگ با خطای تداخلی در تاخیر زمانی ناشناخته را پیشنهاد میکند. کنترلر پیشنهاد شده عملکرد گذرای ردیابی خطا در لحظاتی که تغییرات غیر منتظره در دینامیک سیستم رخ میدهد، را تضمین میکند. وزنهای شبکههای عصبی و تقریب خطا نیز با استفاده از قوانین وفقی به دست آمده از قضیه لیاپانوف برآورد شده است. . نتایج شبیه سازی نشان از کاهش خطای ردیابی برای روش ارائه شده و مناسب بودن سیگنال کنترلی اعمالشده نسبت به سایر روش های موجود دارد.
-1 مقدمه
در دو دهه گذشته علم الکترونیک و کامپیوتر پیشرفت چشم گیری داشته و صنایع کاربردی نیز از این پیشرفت بهرهمند گردیدهاند که مهمترین آن دگرگونی سیستمهای کنترل اتوماتیک میباشد. پیدایش کامپیوتر، میکروفرآیندور و میکروکنترلها و امکان کنترل بهتر واحدهای صنعتی توسط آنها سبب شده که به سرعت وارد صنایع مختلف بزرگ وپیچیده گردند. سیستمهای کنترل اتوماتیک با استفاده از کاربرد وسیع میکروفرآیندور ومیکرو کنترلها دستخوش تغییرات زیادی از سیستمهای اتوما تیک تا سیستمهای پیشرفته PLC و DCS شدهاند.
استفاده از مدلهای غیر خطی هزینهبر بوده و به هیمن دلیل طراحی بر پایه مدلهای خطی از محبوبیت بیشتری برخوردار میباشد. مدلهای فازی تاکاگی-سوگنو - - T-S بر پایه مجموعه ای از قوانین IF-THEN میباشند که یک نمایش خطی محلی از سیستم غیر خطی ارائه میدهند و گفته میشود که این مدلها میتوانند دستهی گستردهای از سیستمهای غیر خطی را توصیف یا تقریب بزنند. به همین دلیل است که این مدلها توجه بسیاری را به خود جلب کردهاند و منجر به نتایج مهمیشدهاند. [2]و .[3]
FDI اشاره به وظیفهی یافتن بروز خطاها در یک فرآیند و پیدا کردن ریشهی آنها دارد که منجر به استفاده از استراتژیهای مختلف سیستم مبتنی بر دانش زیر میشود: مدلهای کمی[5]، مدلهای کیفی [6] و دادههای تاریخی .[7] پیشرفتهای اخیر در زمینه تشخیص و شناسایی عیب در زمینه مدلهای کمی و کیفی توانستهاند بسیاری از نیازهای موجود در صنایع را رفع نمایند.[9] در میان مدلهای کمی، FDI برای سیستمهای خطی/ غیر خطی به دلیل تفاوت قائل شدن بین اغتشاشات و خطاها در رنج گسترده ای از شرایط کاری، به صورت یک چالش باقی میماند.
روشهای مبتنی بر مدل FDI برای توصیف ریاضی دقیق و نامعین خطی / غیر خطی از سیستمهای مبتنی بر رویتگر، الگوریتمهای تخمین پارامتر یا تکنیکهای فضای برابری، توسعه یافتهاند.[10] در ادبیات موضوع، روشهای FTC با در نظر گرفتن فرض دستیابی به FDI ، توسعه یافتهاند. تکنیکهای FDI به ندرت در سیستمهای FTC قرار داده شدهاند. اغلب فرض میشود که مدل سیستم از کار افتاده شناخته شده است در صورتی که برای خطاهای غیر منتظره این فرض واقع بینانه نیست.
گائو و [13] Antsaklis یک راه حل ساده بر اساس روش شبه معکوس PIM - - پیشنهاد کردند. به جای روش تطبیق دقیق مدل که توسط [14] پیشنهاد شده بود، اخیرا یک روش PIM توسعه یافته برای تولید یک روش تطبیق مدل مجاز ارائه شده است. در روشهای FTC کامل، قانون کنترلی زمانی که خطا تشخیص داده شد و پس از جداسازی و تخمین ، تغییر میکند.
مدلهای فازی تاکاگی-سوگنو بر پایهی مجموعه ای از قوانین میباشند که یک نمایش خطی محلی از سیستم غیر خطی ارائه میدهند و گفته میشود که این مدلها میتوانند دستهی گسترده ای از سیستمهای غیر خطی را توصیف یا تقریب بزنند. به همین دلیل است که این مدلها توجه بسیاری را به خود جلب کردهاند و منجر به نتایج مهمیگشتهاند .[5] - [4] با این حال، بسیاری از پژوهشگران مسالهی آنالیز پایداری و پایدارسازی به کمک فیدبک را مورد توجه قرار میدهند و تعداد کمیاز پژوهشگران مسالهی تخمین خطا و FTC را بررسی میکنند.
در[15] مسالهی تخمین خطای مقاوم و FTC برای سیستمهای فازی T-S مورد بررسی بیشتری قرار گرفته و اثر شرایط محدود کننده به کمک طراحی یک کنترل کنندهی پویای فیدبک خروجی بر مبنای رویتگر با قابلیت مقاوم بودن در برابر عیب - DOFFTC - برای دستهای از سیستمهای فازی T-S تحت خطاهای محرکه، کاهش یافته است. در این مقاله مسالهی تخمین خطای مقاوم و FTC برای سیستمهای فازی T-S مورد بررسی بیشتری قرار گرفت. اثر شرایط محدود کننده به کمک طراحی یک کنترل کنندهی پویای فیدبک خروجی بر مبنای رویتگر با قابلیت مقاوم بودن در برابر خطا برای دسته ای از سیستمهای فازی T-S تحت خطاهای محرکه، کاهش یافت.
در ابتدا، یک رویتگر فازی برای تخمین خطا، شامل جایابی قطب محلی و سطح عملکرد پیشنهاد شده است که نه تنها سرعت همگرایی تخمین خطا را تضمین میکند بلکه اثرات اغتشاشات را تا حدی که امکان پذیر باشد، محدود میکند. فرایند طراحی به طور مستقل انجام شده و عملکرد آنها به طور همزمان در نظر گرفته میشود که این کار برای محاسبهی پارامترهای طراحی مناسب است و میتواند از مشکل کوپلینگ که ناشی از کنترل فیدبک حالت با رویتگر است اجتناب کند. نتایج شبیه-سازی روی پاندول معکوس برای نشان دادن موثر بودن روش پیشنهاد شده، آورده شد.
طراحی کنترل کنندهی مقاوم در برابر خطا برای سیستمهای فازی T-S با اغتشاشات خارجی تمرکز دارد و خطای تقریب سیستمهای فازی T-S وجود ندارد .[16] بنابراین، طراحی کنترل کننده مقاوم در برابر خطا برای سیستمهای فازی T-S با خطای تقریب و چگونگی اعمال روی سیستمهای غیر خطی عملی مسائل چالش برانگیزی بودند که نیاز به تحقیقات بیشتری دارند.
در بخش دوم کلیاتی در مورد سیستمهای کنترلی و سیستمهای DCS که مورد بحث در این مقاله است را بیان نموده و در بخش سوم روش پیشنهادی انجام شده در این مقاله ارائه میشود. در بخش چهارم نتایج شبیه سازی و تحلیل آنها بررسی میگردد. در پایان نتیجه گیری و پیشنهادات در جهت بهبودی در کارهای آینده بیان میگردد.
-2 مدل مساله
روش به کار برده شده برای تشخیص عیب، وابسته به استفاده از مدلهای پایه برای ساخت باقیماندهها است که تفاوت بین دینامیک عادی و ' دارای عیب' را برای رسیدن به تشخیص عیب و جداسازی آن اندازه گیری میکنند. تمرکز این تحقیق روی طراحی سیستمهای FDI و FTC برای مانیتورینگ و پیکر بندی دوباره سیستمهای کنترل پیشبین غیرمتمرکز DMPC اعمال شده روی فرآیندهای غیرخطی در حضور عیبهای محرکه است. به ویژه، یک سیستم DMPC در نظر گرفته میشود که در آن دو کنترل کننده محلی پیشبین LMPC توزی ع شده، دو مجموعه مختلف از ورودیهای کنترلی را دستکاری میکنند و کار آنها را برای دستیابی به پایداری حلقه بسته و عملکرد مورد انتظار، هماهنگ میکنند.
ابتدا یک سیستم FDI که به طور موثر عیبهای محرکه را شناسایی و جدا میکند، طراحی میشود. سپس با فرض اینکه پیکربندی کنترلی پشتیبان وجود دارد که قادر به پایدارسازی سیستم حلقه بسته در سیستم DMPC است، قوانین سویئچینگ FTC برای مدیریت عیبها در محرکههای سیستم کنترل توزیع شده، معرفی میشوند تا کاهش عملکرد سیستم حلقه بسته را به حداقل برسانند. شرایط کافی برای پایدارپذیری سیستمهای FDI و FTC بر اساس تجزیه و تحلیل دقیق ریاضی، به دست آمدند. شکل 1 ساختار FDI و FTC پیشنهادی برای DMPC است.
