بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
کنترل دمای کوره دندانپزشکی جهت تعقیب منحنیهای دمایی مرجع با استفاده از یک روش پیش بین تطبیقی
چکیده
کنترل کوره به دلیل دارا بودن دینامیک غیر خطی از درجه بالا و نیز تأخیر زیاد و متغیر این سیستم حرارتی، از دشواری زیادی برخوردار است در بسیاری از کاربردهای صنعتی هدف از کنترل، تثبیت دما در یک مقدار مشخص می باشد، اما در کاربردهای خاص و پیشرفته صنعتی، نظیر صنایع پلیمریزاسیون یا شیشه سازی و هدف پیشبرد واکنشهای شیمیایی روی منحنی های مشخص دمایی است، بطوریکه دقت تعقیب این منحنی های دمایی با زمان ، در کیفیت محصول نهایی نقش کلیدی دارد برای گرم کردن کوره با شیب دلخواه همیشه می توان یک ورودی مشخصی بدست آورد، اما شیب سرمایش آن در اختیار سیستم کنترل نمی باشد، زیرا تبادل حرارتی کوره با محیط اطراف، عامل اصلی سرد شدن آن است این محدودیت، از دیگر سرچشمه های دشواری کنترل سیستم است از سوی دیگر چون شیب سرمایشی کوره بسیار کمتر از شیب گرمایش آن است، هرگونه فراجهش در درجه حرارت کوره نسبت به مقدار مطلوب، به کندی از بین می رود و این بر دشواری کنترل می افزاید . در این مقاله، برای غلبه بر این مشکلات از یک کنترل کننده پیش بین تطبیقی استفاده شده است ٬ پیش بینی برای غلبه بر تاخیر زیاد کوره لازم میباشد و انتخاب یک روش تطبیقی ، بدلیل دینامیک متغیر و غیرخطی کوره اجتناب ناپذیر است : این کنترل کننده توانسته است بادقت بسیار خوب منحنیهای حرارتی مرجع را دنبال نماید در قسمت اول این مقائه ، مقدمه ای بر روشهای کنترل تطبیقی و روشی بکار گرفته شده برای کنترل این کوره، ارائه شده است در بخش دوم درباره تخمین و شناسایی سیستم به بحث پرداختهایم در قسمت سوم با استفاده از مدل بدست آمده برای سیستم به طراحی پیش بین و کنترل کننده تطبیقی برای سیستم پرداخته ایم و در بخش آخر نتایج آزمایشهای عملی ارائه شده و مقایسه ای بین آنها صورت گرقته است.
کلمات کلیدی شناسایی ، پیش بینی، کنترل روی خط، کنترل تطبیقی ، کوره
۱) مقدمه :
روشهای کنترل تطبیقی اصولاً برای برخورد با سیستم هایی به وجود آمد، که در شرایط مختلف کاری ، دیتامیک متغیز دارند. تغییرات دیتامیک سیستم در عمل منابع مختلفی می تواند داشته باشد و معمولاً ترکیبی از عوامل مختلف است، اما از آنجایی که بیشتر فرآیندهای صنعتی بسیار پیچیده هستند، دلایل تغییرات آنها به طور کامل معلوم نیست- کوره مورد بحث ما و کورههای مورد استفاده در صنایع مختلف هم از این مسئله مستثنی نیستند، از طرف دیگر، بررسی کامل برای یافتن علل تغییرات فرآیند و محاسبه آنها، نه ممکن است و نه اقتصادی ۰ در چنین مواردی کنترل کننده های تطبیقی راه حلی مناسب برای مسئله هستند. یک کنترل کنندهٔ تطبیقی ، کنترلری است که می تواند در پاسخ به تغییرات دینامیک فرآیند و مشخصه های اغتشاشات، عملکرد خودش را اصلاح کند. بنابراین یک کنترل کنندهٔ تطبیقی ، کنترل کننده هوشمندی با پارامترهای قابل تنظیم است و دارای مکانیزمی برای تنظیم این پارامترها می باشد -خصوصیت بارز چنین کنترل کننده هایی این است که نیازی به مدل دقیقی سیستم ندارند .
کنترل کننده های تطبیقی با ساختارهای مختلفی وجود دارند که موارد زیر از آن جمله اند :
-کنترل کننده تطبیقی، با تنظیم دو ده
تیم های تطبیقی منال مرجع
رگولاتورهای خود تنظیم
-
برای طراحی و ساخت آنTTak دما در این کار از روش سوم استفاده کردهایم . در این روش ابتدا پارامترهای فرآیند تخمین زده شده و سپس پارامترهای کنترلر از حل یک مسئله طراحی با استفاده از پارامترهای تخمین زده شده فرایند بدست می آیند . بلوک دیاگرام چنین سیستمی ، در شکل (۱) قابل رؤیت است، حلقه خارجی که شامل تخمینگر بازگشتی پارامترها )Recursive Parameter Stimator( و بلوک محاسبات طراحی است، پارامترهای کنترلر را تنظیم می کند. یک تلقی ممکن از این سیستم ، مدلسازی و طراحی خودکار است. به روز در آمدن پارامترهای کنترل کننده در هر دوره نمونه برداری ، به نحوی صورت می گیرد که به رفتار مطلوب تذکر این نکته لازم است که در صورتیکه قادر باشید مدلسازی فرایند را به نحوی انجام دهیم که بر اساس پارامترهای کنترل کننده باشد، به روش مستقیم SIS دست پیدا کرده ایم و با حذف بلوک طراحی ، حجم محاسبات کاهش می یابد، اما در این کار ما از روش STR غیر مستقیم مطابق شکل ۱ استفاده کرده ایم .
۲) تخمین و شناسایی سیستم هر عملیات شناسایی شامل مراحل زیر می باشد : انتخاب ساختار مناسب برای مدل سیستم ، مانند مدلهای ARMAX ، DARMA ، ARMA ،طراحی آزمایش و تولید ورودیهای مناسب (مانند پله، شیب، دانلو") برای شناسایی مناسب تخمین پارامترها با استفاده از معیارهایی مانند حداقل مربعات از آنجایی که کوره، یک سیستم حرارتی با تأخیر زیاد میباشد، از یک مدل PARMA برای آن استفاده کردهایم
در این مدل، ابتدا باید اندازه تأخیر (d) را تخمین بزنیم. این کار با استفاده از منحنی های حلقه باز سیستم انجام گرفت. از روی این منحنی ها دیده می شود که با روشن کردن کوره، حدود ۱۰۰ ثانیه طول می کشد تا دمای کوره در محلی سنسور (خروجی سیستم) شروع به افزایش کند، بنابراین با داشتن تأخیر(P = ۱۰۰S) و پریود نمونه برداری (S ."( 0-- می شود . همانطور که می
دانیم تأخیر سیستم، مقدار ثابتی ندارد و با افزایش دمای کوره زیاد می شود، ولی بهر حال اندازه تأخیر در هر درجه حرارت نزدیک زمان فوق پوده و همین مقدار به سادگی به عنوان تأخیر سیستم در نظر گرفته می شود. از طرف دیگر چون مدل سیستم و عملیات کنترلی که بر اساس آن صورت می گیرد، به مقدار دقیق له حساس نیست، مشکلی پیش نمی آید
اکنون باید با استفاده از یک روش شناسایی ضرایب صورت و مخرج را تخمین بزنیم طی فرآیند شناسایی درجهٔ مدل ( KIT) را آنقدر تغییر می دهیم تا به یک مدل نسبتاً خوب برسیم برای شناسایی سیستمها دو روش روی خط (OTh-Lille) و خارج خط (illeناTآO) وجود دارد. از آنجایی که کوره یک سیستم غیر خطی و متغیر پا شرایط است و پا تغییر جنس و مقدار مواد داخل کوره، دینامیک و تأخیر آن تغییر می کند، لازم است که در حین عملیات کنترل و در هر نقطه دمایی مدل سیستم و مقدار ضرایب آن مجدداً شناسایی شوند و شتاسایی خارج خط با استفاده از یک مدل خطی ثابت به درد ما نمی خورد
۰ بنابراین قابل قبول است که در اکثر کاربردها، شناسایی روی خط یکی از اجزای بلو کہ کن تر لی تطبیقی باشد
به لحاظ تئوری می توان اد تعا کرد که با اعمال یک ورودی مناسب به کوره می توان، با استفاده از روش شناسایی روی خط، مدلی مناسب در هر درجه حرارت بدست آورد. اما در عملی پیاده سازی این تئوری با مشکلی مواجه است، زیرا با فرضی آنکه تولید سیگنال ورودی مناسب ساده باشد، اعمال آن در بیشتر مواقع ممکن نیست. در کوره مورد نظر ورودی منفی، مفهوم فیزیکی ندارد و در عین حالی شیب منفی سرمایشی آن بسیار کم می باشد، (چون کوره از طریق مبادله حرارتی با محیط سرد می شود» بنابراین هنگامیکه در خالی کنترلی درجه حرارت کوره هستیم، اعمال ورودی که موجب تغییر محسوس خروجی آن شود، علاوه بر کاستن از دقت کنترل، منتهی به قطع ورودی کوره به مدت طولانی میگردد. لذا به کار بردن روش شناسایی روی خط همزمان با کنترل درجهٔ حرارت آن منجر به بدست آوردن یک مدل متاسب برای کوره نخواهد شد، با استفاده از این روش فقط هنگامی می توان به یک مدل مناسب از سیستم دست یافت، که بتوان از کنترل همزمان با شناسایی صرفنظر کرد و به عبارت دیگر فقط شناسایی سیستم مورد نیاز باشد؛ این مسئله اگر چه از طرفی نقضی غرض به نظر می آید، اما از آنجا که برای پیشگویی وضعیت سیستم و کنترل آن همانطور که در فصل آینده خواهید دید، به مدل دقیقی از سیستم نیاز نداریم، در پروسه کنترل مورد نظر ما خللی وارد نمی شود. با در نظر گرفتن مدل ارائه شده برای کوره به شکلی که در روابط ۱ و ۲ و ۳ بیان شد، اگر بردار ضرایب () و بردار رگرسیون P» را به شکل زیر تعریف کنیم:
بدست آمده از این رابطه، برآورد مدل از مقدار خروجی در لحظه امی باشد. حال برای شناسایی پارامترهای مدلی سیستم، در رابطه (۱) از روش حداقل مربعات بازگشتی استفادہ می کتیrb۔ معادلات حاکم پر الگوریتمام شناسایی از حداقل سازی معیار حداقل مربعات زیر بدست آمده اند:
.2 ضریب فراموشی نام دارد و یک ضریب کوچکتر از یک است کہہ پہلے دادہ ھای ئزدیک ترز پہلے زمان حاضر وزن بیشتری برای شناسایی پارامترها می دهد، معادلات بدست آمده عبارتند از:
