بخشی از مقاله
چکیده:
در این مقاله، هدف طراحی کنترلکنندهی تحملپذیر عیب برای سیستم تعلیق الکترومغناطیسی است. سیستم تعلیق الکترومغناطیسی - EMS - ، از سیستمهای شناخته شده در علم کنترل میباشد. وظیفهی این سیستم نگهداشتن یک جسم بصورت معلق در هوا با استفاده از نیروی الکترومغناطیسی است. این سیستم علاوه بر اینکه جزء الگوهای آموزشی پر کاربرد در آزمایشگاههای کنترل است، در صنعت نیز استفادههای زیادی دارد. سیستم EMS مهمترین جزء قطارهای سریعالسیر تعلیق مغناطیسی موسوم به قطارهای مگلو میباشد.
با توجه به اینکه این قطارها وظیفهی جابجایی انسان را بر عهده دارند، عملکرد مطلوب آنها یدبا کاملاً تضمین گردد. از این رو نیاز به طراحی کنترل کنندهی تحملپذیر عیب برای این سیستم احساس می-شود. در این مقاله پس از معرفی مدل دینامیکی سیستم EMS، به طراحی کنترلکنندهی تحملپذیر عیب برای این سیستم پرداخته خواهد شد تا پایداری و عملکرد مطلوب آن در صورت بوجود آمدن عیب حفظ شود. همچنین از مدل سیستم EMS دو مغناطیسه و روشهای کنترل غیرخطی پسگام استفاده شده است.
مقدمه :
لزوم استفاده از کنترلکنندههای تحملپذیر عیب :
در دنیای امروز نقش حیاتی علم کنترل اتوماتیک، در پیشرفت علوم و مهندسی بر کسی پوشیده نیست. علم کنترل علاوه بر نقش بسیار مهمی که در سیستمهای فضاپیما، هدایت موشک، رباتیک، صنایع نظامی و... داشته است، بخش مهم و ناگسستنی از فرآیندهای صنعتی امروزی است. اولین کار برجسته در زمینهی کنترل خودکار، ناظم گریز از مرکز جیمز وات، برای کنترل سرعت ماشینهای بخار در قرن هجدهم است، و از آن زمان به بعد دستاوردهای فراوانی در مورد کنترل فرآیندهای متنوع ارائه شده است.
سیستمهای پیشرفتهی امروزی نیاز به الگوریتمهای کنترلی پیچیده جهت افزایش کارایی و امنیت دارند. کنترل فیدبک کلاسیک نمیتواند در حضور عیب های موجود در عملگرها، سنسورها و اجزای سیستم، عملکرد مطلوب و پایداری سیستم تحت کنترل را تضمین نماید. برای غلبه بر چنین مشکلاتی، روشهای جدیدی برای طراحی سیستمهای کنترلی که بتوانند در حضور عیبها نیز عملکرد رضایت بخشی برای فرآیند تحت کنترل فراهم آورند، توسعه داده شده است.
با پیچیدهتر شدن سیستمها احتمال رخ دادن عیب یا همان عملکرد نادرست در هر یک از زیر سیستمها به مراتب بیشتر و بیشتر میشود. جهت جلوگیری از زیانهای وارده به سیستم در اثر بروز عیب، فوراً باید آن را تشخیص داد و در مراحل پیشرفتهتر تصمیمات لازم جهت حداقل کردن اثرات آن را اتخاذ نمود. از این رو نیاز رو به رشدی جهت یک سیستم نظارتی احساس میشود که بتواند امنیت سیستم را هنگام بروز عیب حفظ کرده و قبل از اینکه منجر به صدمات جبرانناپذیری شود، اقدامات لازم را انجام دهد. این نوع از سیستمهای کنترلی اغلب با نام سیستمهای کنترل تحمل پذیر عیب شناخته می شوند.
در قطارهای مگلو که نمونهای از آنها در شکل 1 قابل مشاهده است، از چرخ و محور استفاده نمیشود و قطار با کمک نیروی الکترومغناطیسی با فاصلهی کمی نسبت به ریل بصورت معلق در میآید و به علت عدم وجود اصطکاک قادر است با سرعت بسیار بالایی - در برخی نمونهها بالای پانصد کیلومتر بر ساعت - حرکت کند. تکنولوژی مگلو برای پیادهسازی نیاز به دانش فنی بالا و صرف هزینههای بسیار زیاد دارد از این رو کشورهای معدودی در این زمینه فعالیت میکنند. آلمان و ژاپن از کشورهای پیشرو در این زمینه میباشند.
سیستم تعلیق الکترومغناطیسی :
در قطارهای مگلو از نیروی الکترومغناطیسی تولید شده توسط مغناطیس، به جای چرخ و محور برای به حرکت درآوردن قطار استفاده میشود. اولین طرح قطار مغناطیسی را رابرت گدار در نوامبر سال 1909 مطرح کرد. امروزه تکنولوژی قطارهای مغناطیسی به اندازهای پیشرفت کرده است، که میتوان توسط آن به سرعتی حتی بالاتر از 500 کیلومتر بر ساعت دست یافت.در EMS، قطار با داشتن الکترومغناطیس بسیار قوی بر روی ریل فشار آورده که منجر به معلق ماندن آن میشود. این مغناطیسها در جهت ریل تنظیم شده و بوسیلهی فیدبک کنترلی میزان تعلیق خود را محاسبه و حفظ مینمایند.
کاربرد تکنولوژی مگلو در نقاط مختلف جهان :
تکنولوژی مگلو در حال حاضر در کشورهایی نظیر آلمان، ایالات متحدهی آمریکا، ژاپن، هلند، بریتانیا، چین و... مورد استفاده قرار میگیرد؛ یا اینکه در دست مطالعه و تحقیق و اجرا میباشد.
مدلسازی سیستم:
در مقالات مدلهای مختلفی از سیستم EMS را در نظر گرفتهاند. رایجترین مدلی که در اکثر مقالات مربوط به EMS از آن استفاده می-شود، مدل دارای یک مغناطیس که در حقیقت یک محرک و ورودی کنترل دارد.
