بخشی از مقاله
چکیده- قطار شناور الکترومغناطیسی دارای سیستم الکترومغناطیسی بر روی ریل میباشد و فاصله بین قطار و ریل در یک بازه مشخص کنترل میگردد. این سیستم طبق روابط غیرخطی مدلسازی میشود و طبق ساختار الکترومغناطیسی آن، ولتاژ سیمپیچ به عنوان ورودی کنترلی ولتاژ برای سیستم محسوب میگردد. این سیستم به علت ذات غیرخطی مدل و حضور نامعینی و اغتشاش، از یک ساختار غیرخطی و مقاوم استفاده شده است.
در راستای طراحی کنترلکننده از فازی و مدلغزشی استفاده شده است. کنترلکننده فازی با ساختار مقاوم و حالت تطبیقی خود در تعیین پارامتر کنترلکننده مدلغزشی استفاده میشود و این ساختار کنترلی در برابر نامعینی و اغتشاش رفتار مقاومی دارد. شبیهسازی این کنترلکننده بر روی سیستم قطار الکترومغناطیسی به منظور پایداری فاصله بیین ریل و قطار با جود نامعینی و اغتشاش در فضای سیمولینک متلب انجام شده است و طبق ارزیابی انجام شده نسبت به کنترلکننده مدلغزشی، کنترلکننده پیشنهادی در زمان دستیابی به مقدار مطلوب و نوسانات بصورت بهینه عملمیکند.
-1مقدمه
حمل و نقل شناور مغناطیسی , - MAGLEV - 1 نام تکنولوژی جدیدی میباشد که با توجه به مشخصههای برجستهاش انقلابی در صنعت حمل و نقل ایجاد خواهد کرد. به خاطر عدم حرکت MAGLEV بر روی ریل، این قطارها محدودیت سرعت قطارهای معمولی را به خاطر تلرانس ریل و پیچ ها ندارند.[2-1] در روش تعلیق الکترودینامیک بدنهی قطار دارای آهنرباهایی است و درون دیوارههایی که در دو طرف ریل یا همان »مسیر هدایتی« قرار دارند نیز سیمپیچهایی به شکل عدد هشت انگلیسی قرار گرفتهاند.[3]
چالش مهم در کنترل سیستم تعلیق مغناطیس پایدارسازی آن است به طوری که لازم است تا با کنترل جریان سیم پیچیها، فاصله هوایی بین جسم معلق و ریلها ثابت باقی بماند. بنابراین ساخت کنترل کنندهای که بتواند با عملکرد بالا موقعیت جسم معلق را تنظیم نماید از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. از سویی دیگر، سیستمهای تعلیق مغناطیسی در معرض اغتشاشات مختلفی از جمله نیروی باد، نیروهای آیرودینامیکی وارد بر بدنه و تغییر وزن بار هستند.[5-4] در صورتی که این عوامل در طراحی سیستم کنترل در نظر گرفته نشوند، عملکرد سیستم در حین ماموریت ممکن است با افت مواجه شود.
در طی دو دهه گذشته روشهای کنترلی مختلفی مانند کنترل تناسبی-انتگرالی - - PI، کنترل تناسبی- انتگرالی-مشتق گیر - 3] - PID؛[1 و یا روشهای جدید کنترلی مانند کنترل مد لغزشی[4]، کنترل تطبیقی[5]، کنترل مقاوم[6,7]، کنترل [8] H و دیگر روشهای کنترلی مرسوم [9] برای کنترل سیستم تعلیق مغناطیسی مورد استفاده قرار گرفته است. در [10] از ترکیب دو کنترل کنندهی فیدبک حالت و PID برای طراحی کنترل کننده برای یک نمونهی ازمایشگاهی سیستم تعلیق مغناطیسی بهره گرفته می شود.
در این مقاله روش کنترلی مدلغزشی فازی به منظور کنترل ولتاژ سیمپیچ MAGLEV، ارائه میشود. یک کنترل مدل لغزشی برای کنترل موقعیت سیستم تعلیق مغناطیس طراحی میشود و کارائی آن در مقایسه با کنترلکنندهی مدلغزشی معمولی مورد ارزیابی قرار میگیرد با این وجود، علی رغم مقاوم بودن سیستم کنترلی طراحی شده نسبت به اغتشاشات خارجی، به دلیل وجود پدیدهی چترینگ در سیگنال کنترلی تولید شده از ساختار کنترلکننده فازی برای حذف پدیده چترینگ استفاده میشود. ساختار این مقاله به این صورت است که در بخش دوم مدل ریاضی MAGLEV بیانن میشود.
در بخش سوم کنترلکننده مدلغزشی فازی طراحی میشود. در بخش چهارم شبیهسازی ساختار کنترلی پیشنهادی در متلب انجام میشود و نتایج آن - 1 - مورد ارزیابی قرار میگیرد. در بخش پنجم مقاله نتیجهگیری از طرح کنترلی پیشنهادی بیان میشود. استفاده از ساختار کنترل - 2 - × فازی به منظورحداقل ساختن چترینگ ناشی از کنترلکننده مدلغزشی از جمله نوآوریهای این مقاله محسوب میگردد.
-2مدلسازی
قطارهای مغناطیسی از این ایده اساسی بهره میبرند که سیم-پیچهای قرار گرفته در راستای هم، زمانی که به آنها ولتاژ اعمال شود، بسته به جهت جریان جاری در سیمپیچها نیروی دافعه یا جاذبه بین آنها ایجاد میشود. ساختار قطار مغناطیسی در شکل-1 نشان داده شده است. با استفاده از قانون دوم نیوتن و قوانین کیرشهف، معادله دیفرانسیل مرتبه دوم برای قسمت مکانیکی و یک معادله دیفرانسیل مرتبه یک برای قسمت الکتریکی - سیم پیچ - به صورت نشان داده شده در رابطه - 1 - بدست می آید. لازم به توجه است که مبدل ولتاژ ورودی - U - به جریان سیم پیچ - i - که در قالب یک تقویت کننده در ورودی سیم پیچ قرار داده شده است.
