بخشی از مقاله
خلاصه
تاخیر در سیستمهای صنعتی اجتناب ناپذیر است، لذا در نظر گرفتن روشهایی که بتوانند سیستمهای با تاخیر را تحلیل نمایند ضروری میباشد. تاخیر زمانی، تحلیل و طراحی یک سیستم حلقه بسته را پیچیده میکند و گاهی باعث ناپایداری سیستم نیز خواهد شد، به همین علت کنترل این سیستمها مشکل است. در این مقاله ضمن تشریح روشهای مختلف کنترل سیستمهای همراه با تاخیر زمانی، روش اسمیت مورد تاکید قرار میگیرد. این روش با تفکیک تابع تبدیل سیستم به دو بخش تاخیردار و بدون تاخیر موجب بهبود بیشتر کنترل کنندهی PID برای سیستمهای تاخیردار شده است. همچنین در این مقاله، مدل تانک آب تصفیه خانه نیروگاه نکاء شبیه سازی و کنترل کنندهی پیش بین اسمیت برای کنترل سطح آب آن پیاده سازی شده است، که موجب رسیدن به نتیجه مطلوب شده است.
کلمات کلیدی: پیش بینی کنندهی اسمیت، تاخیر زمانی، کنترل سطح، کنترل کنندهی .PID
.1 مقدمه
وجود تاخیر زمانی در فرآیند باعث غیر حداقل فاز شدن رفتار تابع حلقه باز سیستم کنترل میشود و به همین دلیل کنترل این سیستمها مشکل میباشد. برای کنترل سیستم های تاخیر زمانی روش های متعددی وجود دارد که در این مقاله به چند مورد از آن ها اشاره می شود. در سیستمهای صنعتی استفاده از پیش بینی کنندهی اسمیت برای فرآیندهایی که دارای تاخیر زمانی طولانی هستند توانسته در بهبود پاسخ سیستم، موثر واقع شود. برای آنکه بتوان سیستم های تاخیردار را کنترل کرد، در ابتدا باید تخمینی از تاخیر و محل آن در حلقهی کنترلی داشته باشیم. تاخیر میتواند در قسمت عملگر، اندازهگیری و ورودی قرار بگیرد. اولین ساختار جبران کننده ی تاخیر زمانی در سال 1957 توسط اسمیت ارائه شد. پس از آن در سال 1980، پالمر به تحلیل پایداری این روش پرداخت و نشان داد که اگر پارامترهای کنترل کننده ی اولیه به خوبی تنظیم نشود سبب ناپایداری کنترل کنندهی اسمیت خواهد شد. در سال 2005، لو یانگ و وانگ راه حل های جدیدی در رابطه با فرآیندهای ناپایدار ارائه دادند.[1]
.2 روش وارون سازی سیستم
سیستم با تاخیر را می توان به صورت کلی با معادلات حالت زیر نشان داد که L ، در آن معرف تاخیر زمانی میباشد.یکی از روشهای کنترل سیستم های با تاخیر استفاده از وارون سیستم است. بلوک دیاگرام ساختار کلی کنترل کنندهی وارون سیستم* در شکل 1 نشان داده شده است. بلوکی که تحت عنوان ساخت سیگنال کنترلی نامیده شده است شامل فرآیندهایی برای کنترل پروسه است. عملکرد این روش به این صورت است که میخواهیم نسخهی بدون تاخیر سیستم حلقه بسته اصلی را بسازیم. این باعث میشود که تاخیر را به صفر برسانیم. در واقع میخواهیم به Y - s - =I - s - برسیم.هدف یافتن سیگنال B میباشد، که با نوشتن تابع تبدیل حلقه بسته به این صورت خواهد شد.هدف نهایی حذف کردن تاخیر از پاسخ سیستم بود در حالی که بر روی قطبهای حلقه بسته تاثیری نگذاشت. در واقع هدف حذف − از صورت کسر است.[2]
.3 روش پیش بین مدل محدودکننده کنارگذار
روش جدیدی برای کنترل فرآیندها دارای تاخیر زمانی در سیستمهای تک ورودی-تک خروجی وجود دارد که بلوک دیاگرام آن در شکل 2 آمده است. در این روش تابع Gmb - s - که اغلب یک تابع درجه یک با بهره غالب و یا مساوی، نسبت به تابع حلقه باز سیستم کنترل میباشد، به تابع حلقه باز سیستم کنترل افزوده میشود و بدین ترتیب کلیه صفرهای سمت راست ناشی از تاخیر زمان تابع حلقه باز، به سمت چپ منتقل میشوند و بدین طریق عملکرد سیستم کنترل بهبود مییابد.[3]
.4 روش پیش بین اسمیت
روش اسمیت براساس حذف مقدار پارامتر تاخیر زمان از تابع تبدیل حلقه باز بنا شده است. ساختار اسمیت نشان داده شده در شکل 3 قابل تفکیک به دو قسمت است: کنترل کننده C - s - و ساختار پیشبین - تشکیل شده از مدل بدون تاخیرفرآیند Gn - s - و تاخیر زمانی . - مدل کامل فرآیند به این صورت است.برای در نظر گرفتن خطای مدل سازی، همانطور که در ساختار شکل 3 قابل مشاهده است، تفاوت میان خروجی فرآیند همراه با تاخیر زمانی، با سیگنال پیش بین مدار باز جمع می شود. اگر خطای مدل سازی یا اغتشاش وجود نداشته باشد، خطای میان خروجی این فرآیند و خروجی مدل صفر خواهد شد و سیگنال پیش بین خروجی - - خروجی فرآیند بدون تاخیر زمانی می شود.[4]
.5 پایداری سیستم های تاخیردار
