بخشی از مقاله
خلاصه
میز سه درجه آزادی که وظیفه تست و کالیبراسیون سنسورهای حرکتی و ناوبری را بر عهده دارد یک سیستم چند متغیر غیر خطی تلقی میشود . به منظور تولید گشتاور در این سیستم غیر خطی از انواع عملگر های الکتریکی و نیوماتیکی و هیدرولیکی استفاده میشود. هدف این تحقیق طراحی کنترل کننده ای با رویکرد تطبیقی است که بتواند اهداف مطلوب در حوزه موقعیت ،سرعت و شتاب زاویه ای را در حضور نامعینی ها و اغتشاشات براورده سازد.
از این رو روش کنترل مد لغزشی ترمینال سریع ترکیبی با مد لغزشی سرتاسری و فازی را برای کنترل این سیستم که از موتور های سنکرون مغناطیس دائم در آن استفاده شده است ،برگزیده ایم تا بتوانیم این دو سیستم کوپل شده - بخش دینامیکی میز سه درجه آزادی و بخش الکترومکانیکی موتورهای سنکرون - را به نحو مطلوبی کنترل نماییم.
.1 مقدمه
امروزه کاهش زمان و هزینه لازم در فرایند طراحی، بهینه سازی و ارزیابی سیستمها از اهمیت قابل ملاحظهای برخوردار است. در نتیجه فراهم آوردن محیطی آزمایشگاهی همچون سیستم سختافزار در حلقه ضروری مینماید. از اهداف مهم این سیستم، تست و کالیبراسیون سنسورها و سختافزارهای الکترونیکی و مکانیکی سیستمهایی از قبیل خودرو، هواپیما و... میباشد، چرا که دقت سنسورها بسیار مهم بوده و همواره باید تست شوند.
میز سه درجه آزادی به عنوان یک میز دوار، از مشهورترین سیستمهای فیزیکی شبیهساز حرکت مورد استفاده در تست سختافزار در حلقه بوده و قادر است حرکات دورانی حول سه محور roll,pitch,yaw که هر کدام زوایای اویلر قاب های این سیستم نسبت به دستگاه مرجع مختصات تلقی میشوند را انجام دهد. شکل . 1 این میز دارای سه عملگر دورانی می باشد توانای به گردش در آوردن هر یک از قاب ها را به طور مستقل به عهده دارند از طرفی استفاده از موتورهای سنکرون مغناطیس دائم که عملکرد مناسبی در حوزه تولید گشتاور زیاد در رنج سرعت متغیر را دارند در این سیستم یک امر بدیهی است .
در این طراحی کنترلکنندهای که بتواند میز را در حضور نامعینیها و اغتشاشات به صورت مقاوم پایدار سازد و همچنین دستورات دلخواه داده شده را به صورت مطلوبی رهگیری کند، مهمترین مرحله در طراحی و ساخت یک میز شبیهساز برای کاربردهای با دقت بالا است. از این رو در این تحقیق کنترل کننده غیرخطی با رویکردی مقاوم برای این سیستم طراحی شده است.
یک روش ساده برای کنترل مقاوم، استفاده از کنترل کننده مد لغزشی میباشد. اساس این روش بر این نکته مبتنی است که کنترل سیستمهای مرتبه اول، از کنترل سیستمهای عمومیتر مرتبه -nام بسیار آسانتر است. پس از اعمال این روش روی میز سه درجه، کنترل کننده با رویکرد فازی به منظور بهبود بخش غیرخطی آرگومان مدلغزشی بکار می رود. هدف از این بخش از طراحی بهبود رفتار سیستم از لحاظ زمانی می باشد. ویژگی های زمانی در نظر گرفته شده برای این کار از جمله در زمان نشست، کاهش بالازدگی و تسریع پاسخ دهی سیستم می باشد.
شکل -1 سمت راست: نمایی از میز سه درجه آزادی با قاب های بسته، سمت چپ: نمایی از میز سه درجه آزادی با قاب های باز
.2 بیان ریاضی بخش مکانیکی والکترومکانیکی میز سه درجه آزادی
معادلات حرکتی میز سه درجه آزادی که با استفاده از روش نیوتون اویلر قابل محاسبه هستند شامل جملات زیر هستند:
که در آن از زوایای به اختصار یاد شده وهمچنین گشتاور خارجی اعمالی از هر سه موتور و ، ، و ترکیبی از ممان لختی های بخش های دورانی و گشتاور های اغتشاشی هستند که ترکیبی از اصطکاک یاتاغان های محورها ،اغتشاشات خارجی و گشتاورهای اضافی ناشی از عدم قطعیت های غیرساختاری می باشند.بیان ریاضی قسمت الکترومکانیکال این سیستم که شامل معادلات ماشین سنکرون که در آن است و , ولتاژهای استاتور متناظر با هر یک از سه موتور و به ترتیب مقاومت استاتور،اندوکتانس محور و موتور و شار پیوندی روتور مغناطیسی و سرعت مکانیکی روتور و جفت قطب و گشتاور تولیدی موتوراست.
