بخشی از مقاله
چکیده:
یکی از مشکلات عمده در سیستمهای متمرکز و غیر متمرکز رخداد عیب میباشد. در این مقاله طرحی برای کنترل وفقی تحمل پذیر خطا به صورت غیر متمرکز برای سیستمهای غیر خطی را پیشنهاد میکند. از تابع تقریب برای خطا استفاده میشود و سیستم کنترل غیر متمرکز بدون حافظه وفقی تحمل پذیر خطا با محدودیت عملکرد طراحی میگردد.
کنترلر پیشنهاد شده عملکرد گذرای ردیابی خطا در لحظاتی که تغییرات غیر منتظره در دینامیک سیستم رخ میدهد، را تضمین میکند به دلیل محدودیتهای حاکم بر سیستم، تمام خطاهای ردیابی در داخل مرزهای عملکردی حفظ شده است. برای نشان دادن برتری روش پیشنهادی، پاندول معکوس سه گانه متصل به فنر به عنوان یک مثال عملی در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی نشان از کاهش خطای ردیابی برای روش ارائه شده نسبت به سایر روش های موجود دارد.
-1 مقدمه
در سالهای اخیر کنترل اتوماتیک نقش عمده ای در پیشرفت فنون وصنایع داشته است. در صنایع مختلف از واحدهای کوچک تا مجتمعهای بزرگ صنعتی همه به نحوی از اصول دستگاههای کنترل استفاده میکنند، به طوری که بهره برداری مطلوب از یک واحد صنعتی از نظر اقتصادی و فنی بدون استفاده از اصول کنترل میسر نیست.
با توسعه صنایع واحتیاج به کنترل دقیق فرآیندهای صنعتی برای بهبود کیفیت محصول، افزایش راندمان و تولید و به طور کلی افزایش بهرهوری، استفاده هر چه بیشتر از سیستمهای DCS اجتناب ناپذیر میباشد. تشخیص عیب و جداسازی - - FDI و کنترل با قابلیت مقاومت در برابر عیب - FTC - موضوع تحقیقات گستردهای در سالهای گذشته بودهاند[1]، .[2] با این حال، از آنجا که بیشتر سیستمها در دنیای واقعی غیر خطی هستند، برای کاربردهای FDI / FTC در فرآیندهای صنعتی و تجاری نیاز به این داریم که مدلهای غیر خطی در نظر گرفته شوند.
در[1] از فیلترهای غیرخطی به همراه کنترل کننده پیش-بین برای طراحی سیستم کنترلی استفاده شده است برای مطمئن شدن از تاثیر کنترل فرآیند و در نتیجه عملکرد ایمن و پرسود سیستم، مانیتورینگ فرآیند ضروری است. خرابی سنسور یا محرکه، رسوب در تجهیزات، گوناگونی مواد خام، تغییرات محصول و اثرات فصلی روی عملکرد کنترل کننده تاثیر میگذارند. این مسائل ظاهرا تا 60 مشکلات کنترل کنندههای صنعتی [3] را تشکیل میدهند.
تشخیص همچین مسائلی از دادههای خام معمولا مشکل است. با این حال، تکنیکهای FDI بر مبنای مدل کیفی یا کمی، در نظر گرفته شده و با هم ترکیب میشوند تا فرآیند را مانیتور کنند و قابلیت اطمینان و ایمنی مناسب را در صنعت تامین کنند. بررسی تاریخچهی کوتاه FDI مبتنی بر مدل را میتوان در 7]،6،[5 یافت. پیشرفتهای اخیر در زمینه تشخیص و شناسایی عیب در زمینه مدلهای کمی و کیفی توانستهاند بسیاری از نیازهای موجود در صنایع را رفع نمایند.[8]
برای جداسازی خطا، تکنیکهای مختلف بر اساس دانش دقیق از مدل غیر خطی به ما اجازه تولید باقیماندههای حساس به خطاهای خاص و غیر حساس نسبت به دیگر خطاها با استفاده از روشهای دکوپله سازی 11]،[10 و یا روشهای هندسی 13]،[12 را میدهد. به منظور حذف اثر خطای محرکه که در سیستم رخ میدهد، روشهای مختلف برای بازیابی عملکرد سیستم قبل از بروز خطا طبق نمایش خطای در نظر گرفته شده، پیشنهاد شدهاند و دو روش اصلی در این زمینه توسعه داده شدهاند.
یکی بر مبنای اصل تطبیق مدل که در آن بهرهی کنترلی کاملا به صورت آنلاین دوباره محاسبه شده است و روش دیگر بر مبنای اضافه کردن جبران خطا به قانون کنترلی اسمی است. در روش اول، سیستم کنترل را میتوان طوری طراحی کرد که عملکرد سیستم دارای خطا بهبود یابد و سیستم جدید مثل حالتی که در ابتدا مشخص شده است، رفتار کند.
گائو و [14] Antsaklis یک راه حل ساده بر اساس روش شبه معکوس - PIM - پیشنهاد کردند. به جای روش تطبیق دقیق مدل که توسط [15] 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. هدف دیگر، اعمال این روشها به سیستمهای واقعی در مقیاس آزمایشگاهی با در نظر گرفتن محدودیتهای کاربردهای واقعی 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 شکل 1 ساختار FDI و FTC پیشنهادی برای DMPC همگرایی تخمین خطا را تضمین میکند بلکه اثرات است.
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 شبیهسازی روی پاندول معکوس برای نشان دادن موثر بودن روش پیشنهاد شده، آورده شد.
در بخش دوم کلیاتی در مورد سیستمهای کنترلی و سیستمهایDCS 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 معرفی مدل
روش مبتنی بر مدل 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.
ابتدا یک سیستم FDI مبتنی بر مدل که به طور موثر عی بهای 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.
تنها عیبهای محرکه که میتوانند با یک فیلتر دینامیکی غیرخطی مناسب و با مشاهده تکامل حالت سیستم حلقه بسته تشخیص داده شوند، در نظر گرفته میشوند. این فرض مستلزم آن است که یک عیب در یک محرکه، تکامل حداقل برخی از حالتها را، تحت تاثیر قرار میدهد. هنگامیکه یک عیب تشخیص داده میشود، سیستم مانیتورینگ، هشدار رخداد عیب را تولید مینماید.
به منظور جداسازی عیب، سیستم باید دارای یک ساختار جدایی پذیر که در آن عیبهای مختلف نشانههای مختلف داشته باشند، باشد. زمانی که یک عیب جداسازی میشود، سیستم FTC استفاده میشود که اطلاعات عیب و روش پیکر بندی دوباره را به دو کنترل کنندهی توزیع شده که در شکل - 1 - نشان داده شده است، خواهد فرستاد.
