بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به حجم بالای تقاضا در خصوص جابجایی ایمن در کمترین زمان ممکن ، صنعت حمل و نقل ریلی می تواند در این عرصه نقش مهمی را ایفا کند. همچنین در این راستا، کنترل اتوماتیک قطار شهری1 می تواند در کاهش اثرات نامطلوب - اثرات ناشی از عوامل انسانی - ، بسیار موثر باشد. با توجه به مطالب عنوان شده قصد داریم با استفاده از کنترل کننده مقاوم، علاوه بر مقاوم نمودن2 سیستم در برابر نامعینی موجود در وزن واگن ها، بتوان قطار شهری را بدون راهبر با اهدافی از جمله، کاهش زمان جابجایی، ایمنی مطلوب و با مصرف بهینه انرژی3 هدایت نمود.
بدین منظور ابتدا با استخراج مدلی مطلوب برای حرکت قطار شهری، به خطی سازی آن حول نقطه کار مناسب پرداخته میشود. سپس از طریق مساله حساسیت مخلوط، اهداف کنترلی مورد نظر تعریف گردیده، و در نهایت به نحوه بدست آوردن وزنه فرکانسی مناسب ، و پیاده سازی کنترل کننده مقاوم خواهیم پرداخت. با توجه به ساختار نامعینی در نظر گرفته شده، روش سنتز 4و پیاده سازی آن با الگوریتم تکرار D-K ، روش مناسبی جهت طراحی کنترل کننده می باشد؛ که نتایج حاصله مطلوب بودن این روش را نشان می دهد.
الگوریتم D-K از نوع بازگشتی می باشد و با توجه به اهداف تعریف شده و اهمیت مرتبه کنترل کننده، می توان گفت پس از سه بار تکرار به نتیجه مطلوب خواهیم رسید. در نهایت با توجه به نتایج بدست آمده از مقایسه کنترل کننده PID و کنترل کننده مقاوم در حالت نامی جهت ردیابی، می توان به برتری کنترل کننده مقاوم و مناسب بودن آن جهت استفاده بر روی سیستم مورد نظر دست یافت.
-1 مقدمه
با توجه به اهمیت صنعت حمل و نقل ریلی، بدنبال هدایت قطار در کمترین زمان ممکن، ایمنی بالا و با مصرف بهینه انرژی به نحوی مطلوب خواهیم بود. در این راستا ابتدا مدلی مطلوب جهت حرکت قطار بدست آورده و آن را با خطی سازی حول نقطه کار مناسب و کاهش مرتبه، جهت طراحی کنترل کننده آماده می نماییم.
اهداف کنترلی در نظر گرفته شده، شامل ردیابی مطلوب جهت حذف نقش راهبر به دلیل تاثیرات نامطلوب در هدایت قطار، مقاوم سازی در برابر تغییرات وزن واگن ها در ایستگاههای مختلف و مصرف بهینه انرژی متناسب با مرتبه کنترل کننده و اهداف کنترلی دیگر می باشد، که با توجه به این اهداف، توابع وزنی متناسب را بدست آوریم. همچنین در راستای افزایش دقت در طراحی می توان یک درجه آزادی به سیستم اضافه نمود. حال جهت تحقق اهداف مذکور، استفاده از کنترل کننده مقاوم می تواند انتخاب مناسبی باشد.
همچنین با توجه به ساختار نامعینی می توان در طراحی کنترل کننده از روش سنتز و پیاده سازی آن بوسیله الگوریتم بازگشتی D-K استفاده نمود. در طراحی کنترل کننده تکرار را تا جایی ادامه می دهیم که بیشترین مقدار و مقدار کمتر از یک شود. در نتیجه پس از پیاده سازی کنترل کننده و رسیدن به نتایج حاصله از طراحی، می توان مقایسه ای بین کنترل کننده PID و کنترل کننده مقاوم جهت ردیابی پروفایل سرعت انجام داده، تا بتوان درستی انتخاب، در استفاده از کنترل کننده مقاوم را نشان داد.
همچنین تحقیقاتی در سال های پیشین در این حوضه صورت گرفته است که می توان از آنها بهره برد از قبیل، کنترل هوشمند قطار شهری - دیزج یکان و همکاران، - 1392 به روش کنترل فازی، - Chou,Xia,2007 - به روش کنترل بهینه - LQR - ، - Yang,Sun,2001 - به روش کنترل مقاوم - - و - Cucala,2012 - به روش کنترل فازی و ... اشاره نمود. امید آن است که بتوان یک قطار را بدون راهبر و به دور از خطاهای انسانی با بیشترین ضریب دقت،ایمنی و در کمترین زمان ممکن ، با مصرف بهینه انرژی و با سرعتی مطلوب هدایت نمود.
-2 مدل دینامیکی حرکت قطار شهری
در این مقاله قطار شهری مدنظر شامل دو واگن می باشد، به طوری که واگن اول دارای چهار موتور تراکشن و واگن دوم فاقد تراکشن است. حال با توجه به مشخصات مدل ، جدول - 1 - ، جدول - 2 - ، رابطه - 1 - که مربوط به نیروی شتابگیری است و در نظر گرفتن سرعت واگن اول به عنوان خروجی مدل ، معادلات حرکت قطار شهری را می توان بدست آورد.
