بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله کنترل کننده پیش بین اسمیت اصلاح شده برای کنترل فرآیند های پایدار، انتگرالی و ناپایدار به صورت بهینه طراحی شده است. این کنترل کننده همانند سایر کنترل کننده ها دارای پارامترهایی است که تنظیم بهینه آنها منجر به عملکرد هرچه بهتر کنترل کننده می گردد. از آنجا که تنظیم این پارامترها به صورت دستی وقتگیر است، از الگوریتم های هوشمند جهت بهینه سازی این پارامترها استفاده شده است.
در واقع هدف این است که برای پارامتر ها مقادیری بدست آوریم که تحت آنها مقدار تابع هزینه که متشکل از معیارهای طراحی مقاوم است، به مقدار بهینه خود برسد. در این مقاله با استفاده از الگوریتم های اجتماع توده ذرات - PSO - ، جستجوی هارمونی - HS - و کلونی زنبور عسل مصنوعی - ABC - پارامترهای کنترل کننده پیش بین اصلاح شده اسمیت به وسیله یک تابع هزینه مناسب، بهینه سازی شدهاند. در انتها نتایج حاصل از بهینه سازی تابع هزینه توسط الگوریتمهای مذکور با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفتهاند.
.1 مقدمه
اکثر فرآیندهای صنعتی در رفتار دینامیکی شان تاخیر زمانی دارند. تاخیرهای زمانی اساسا به وسیله پدیده های انتقال اطلاعات، جرم و انرژی ایجاد می شوند که مجموعه ای از زمان های تاخیر در تعدادی از سیستم های دینامیکی ساده متصل به هم است
اولین طرح جبران کننده تأخیر زمانی درسال 1957 توسط اسمیث برای بهبود کارایی کنترل کننده های آنالوگ در کنترل فرآیند های تأخیردار ارائه شد که یکی از مشهورترین روش های جبران کننده تأخیر زمانی و پرکاربردترین الگوریتم درصنعت است. این شیوه شامل حذف کاربردی و مؤثر تأخیر زمانی از حلقه کنترل سیستم های تک ورودی تک خروجی است. از آنجا که روش های مبتنی بر پیش بین اسمیث در برخورد با سیستم های ناپایدار، دچار ناپایداری داخلی می شوند، به دنبال یک ساختار جبرانساز تأخیر زمانی هستیم که برای سیستم های ناپایدار نیز کاربرد داشته باشد
.2 تنظیم مقاوم پیش بین اسمیت
برای نخستین بار ریکو و کاماچو درصدد تنظیم مقاوم برای پیش بین اسمیت برآمدند که این عمل موجب اطمینان بالایی در اجرای مقاوم پیش بین اسمیت در رنج مطمئنی از تاخیر زمانی می گردد که با تنظیم زمان مرده خطای تخمین صورت می گیرد. با تنظیم آن می توان به حد مطلوبی از پایداری مقاوم و هم اجرای مقاوم رسید که در جدول شماره 1 تنظیم پارامترهای مقاوم به ازای حد مطلوب محاسبه شده را در اختیار قرار داده است که در آن: k p بهره فرآیند، k c بهره کنترل کننده، ثابت زمانی، 1 زمان انتگرال، 0 ثابت زمانی مطلوب، t1 پاسخ نقطه تنظیم است .
جدول -1 پارامترهای مقاوم به ازای حد مطلوب محاسبه شده
.1 .2 کنترل فرآیندهای پایدار، انتگرال گیر و ناپایدار با استفاده از پیش بین اصلاح شده اسمیت
پیش بین اصلاح شده اسمیت - MSP - در مراجع به عنوان جبرانساز زمان مرده برای فرآیندهای انتگرال گیر طراحی
و طبقه بندی شده است. MSP یک کنترل کننده PID است که با یک فیلتر مرتبه دوم سری شده و با یک زمان مرده و یک پارامتر قابل تنظیم تعریف شده است.
بهینه سازی قانونمند این کنترل کننده تحت محدودیت هایی روی پایداری و حساسیت به نویز اندازه گیری انجام شده است. بهترین مصالحه بین پایداری و عملکرد برای فرآیندهای پایدار، انتگرال گیر و ناپایداری که شامل زمان مرده ای هستند، بدست آمده است و با استفاده از شبیه سازی ها و نتایج تجربی بدست آمده در آزمایشگاه فرایند حرارتی تایید شده است.
یک جبرانساز زمان مرده برای بهبود کنترل فرآیندهای تاخیری ناپایدار مورد هدف قرار داده شده است و ساختار آن در مقایسه با MSP توسط روابطی بیان شده است. MSP یک مدل اصلاح شده ساده پیش بین اسمیت - SP - است. کنترل کننده PI در SP با گین Kr جایگزین شده است و برای حذف اثر اغتشاش پله واحد - d - برای فرآیندهای انتگرال گیر از مقدار تخمین زده شده d در حلقه استفاده شده است. این مقدار تخمین زده شده از کنترل کننده PID بدست می آید.
در تحلیل های مقایسه ای اجرای جبرانسازهای زمان مرده - DTC - و کنترل کننده PID، SP به عنوان نماینده DTC برای فرآیندهای پایدار است، در حالی که MSP به عنوان نماینده DTC برای فرآیندهای انتگرالی و ناپایدار، به صورت ابزار فعل و انفعالی برای تحلیل سیستم های زمان مرده بکار می رود. MSP یک کنترل کننده PID است که با یک فیلتر مرتبه دوم سری شده و با زمان مرده و پارامتر قابل تنطیم تعریف شده است. در مرجع [4] نشان داده شده است که پیاده سازی MSP برای فرآیندهای پایدار، انتگرال گیر و ناپایداری که شامل زمان مرده هستند، کاربردی است.
.2 .2 پیاده سازی کنترل کننده [4] MSP-PID
MSP یک کنترل کننده PID است که با فیلتر مرتبه دوم - FC - s سری شده است و با تابع تبدیل - C - s ,q
توصیف می شود. پیاده سازی کنترل کننده - C - s ,q با دو درجه آزادی به عنوان کنترل کننده MSP-PID مشخص می شود. این کنترل کننده در شکل 1 نشان داده شده است.
شاخص های مربوط به عملکرد، خطای مطلق انتگرالی - IAE - و ماکزیمم حساسیت نسبت به نویز اندازه گیری - - M n است، در حالی که شاخص های مربوط به استحکام، ماکزیمم حساسیت - M s - و ماکزیمم حساسیت مکمل - - M p هستند.
