مقاله کنفرانس ملی فناوریهای نوین نور ، فوتونیک و سیستمهای فتوولتائیک

بخشی از مقاله

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

کنفرانس ملي فناوريهاي نوين نور، فوتونيک و سيستمهاي فتوولتائيک

چکيده
يکي از عمدهترين موارد تلفات انرژي در جهان ،مربوط به گرمايش ، سرمايش و تهويه هواي محيط هاي بسته اعم از ساختما هاي اداري ومسکوني و صنعتي ميباشد که با افزايش کارايي در نحوه کنترل و عملکرد سيستم هاي تهويه مطبوع، ميتوان موجبات صرف جويي در مصرف انرژي و تامين شرايط آسايشي مطلوب ساکنين را فراهم نمود در اين تحقيق ، منطق فازي به عنوان يک ابزار کارآمد در کنترل سيستم هاي غير خطي، در طراحي کنترل کننده سيستم تهويه مطبوع ساختمان به کار گرفته شده است . در ادامه با تعريف توابع عضويت مناسب براي متغيرهاي سيستم و ترکيب آن با کنترل کننده PID مرتبه کسري ،الگوي جديدي براي کنترل سيستم تهويه مطبوع ارائه شده است براي پياده سازي کنترل کننده مرتبه کسري از تولباکس FOMCON در محيط MATLAB.Simulink استفاده شده است .نتايج بدست آمده ي آن با Fuzzy PIDمعمولي مورد مقايسه قرار گرفت که اين نتايج ،برتري کنترل کننده ي پيشنهادي را در مقايسه باFuzzy PID معمولي نشان مي دهد

مقدمه
در سال هاي اخير،مطالعات زيادي در زمينه استفاده از تئوري حسابان کسري در بسياري از حوزه هاي علوم مهندسي انجام شده است [٤،٣،٢،١].اين داراي مزاياي خاص خود مي باشد،زيرا در طبيعت ،بيشتر مدل هاي فيزيکي به صورت کسري هستند و با دقت بيشتر توصيف مي شوند.Ostaloupاولين کسي بود که حسابان کسري را ارائه نمود[٥].سپس Podlubny يک کليت از کنترل کننده PID مرتبه کسري ارائه نمود که عملگرهاي مشتق گير وانتگرال گير آن از مرتبه کسري مي باشند[٦،٧]. بهبود در کنترل بدست آمده توسط اين کنترل کننده ،مي تواند با انعطاف پذير بودن آن قابل توجيه باشد.با اضافه شدن مرتبه مشتق گير(λ)و انتگرال گير (μ) به عنوان پارامتر هاي قابل کنترل ،مي تواند براي طراحي اين نوع کنترل کننده مورد استفاده قرار گيرد.استفاده از اين نوع کنترل کننده در مقالات [٨،٩] قابل مشاهده است .در کنترل کننده مرتبه کسري پنج پارامتر نياز به تنظيم دارند که عبارتند از: در اين مقاله ضرايب PID به صورت onlineتوسط کنترل کننده فازي update شده و قسمت مرتبه کسري با الگوريتم pso تنظيم گرديده است .در اين مقاله در بخش ٢،معادلات ديناميکي تهويه مطبوع توصيف شده است .در بخش ٣،توصيفي از حسابان مرتبه کسري و تعاريف موجود در اين زمينه بيان شده است .قانون کنترلي پيشنهادي براي تهويه مطبوع ،در بخش ٤ آورده شد.در بخش ٥،شبيه سازي ها و نتايج بدست آمده از کنترل کننده FUZZY FOPIDو FUZZY PID گزارش شده است و در پايان ،يک جمع بندي کلي از اين مقاله در بخش ٦،گردآوري شده است .

٢- مدل سازي ديناميک تهويه مطبوع
در اينجا به مدل سازي يک سيستم تهويه مطبوع يک منطقه اي مي پردازيم :[١٠] شکل ١

شکل ١:مدل يک سيستم تهويه مطبوع يک منطقه اي

بر اساس قانون بقاء انرژي مدل کنترل دما در يک منطقه يا اتاق به شکل زير مي باشد:

Qinput انرژي است که ورودي هاي هوا به فضاي مورد نظر را گرم مي کند ، Qoutput گرمايي است که به بيرون مي رود ، Qair ميزان افزايش گرماي داخل اتاق ، Qw ميزان افزايش گرماي ديوار، Qdissipate هدر رفت ميزان گرما از داخل به بيرون ، Qroom ميزان هدر رفت توسط انسان ،روشنايي و تجهيزات برقي و غيره به فضا.
طبق قانون اول ترموديناميک ،افزايش گرماي داخل و ديوار طبق فرمول زير محاسبه مي شود:

که Cair گرماي ويژه هوا ، Mair چگالي هوا ، اختلاف دماي فضا ، Cw گرماي ويژه ديوار ، Mw چگالي ديوار ، اختلاف دماي ديوار مي باشد.
سه حالت هدر رفت گرما از داخل به بيرون داريم :انتقال گرما،هدر رفت گرمايي و تابش مطابق فرضيه گرما اغلب از طريق انتقال هدر مي رود بنابراين هدر رفت گرمايي و تابشي را مي توان ناديده گرفت طبق قاعده تبادل گرما در ديوارهاي صاف ميزان هدر رفت گرما را مي توان طبق فرمول زير بيان نمود:

Req معادل مقاومت گرمايي کل ، A سطح مقطع ديوار صاف ، k ضريب تبادل گرمايي و ضخامت ديوار صاف مي باشد ميدانيم که ظرفيت گرمايي ديوار از ظرفيت گرمايي هوا در محاسبه بيشتر است بنابراين اگر هر دوي آنها به يک ميزان گرما جذب کنند ،دماي ديوار کمتر از دماي هواي داخل افزايش مي يابد اين فرضيه مي تواند به شکل زير باشد :

n ميتواند بر اساس فضاي واقعي انتخاب شود در اينجا ١٠=n [١٠].بعلاوه

L ظرفيت هواي تهيه شده است و چگالي هوا دماي هواي توليد شده مي باشد بنابراين معادله ١ مي توان
توضيح داده شود توسط معادلات ٢ تا ٥ طبق فرمول زير:

جهت ساده سازي مدل رياضي ،CM را معادل ظرفيت گرمايي هواي داخل و ديوار مي گيريم بنابراين داريم :
معادله (٦) مي تواند طبق فرمول زير بيان گردد:

معادله( 8) نیز طبق فرمول زیر نیز می تواند محاسبه شود .

Kتقويت کننده ضريب اتاق ،T زمان ، ضريب مزاحمت يا همان اختلال از بيرون و داخل مي باشد که داريم :

به خاطر فاصله بين داکت توليد کننده هوا و نقطه اندازه گيري دما ، يک تاخير مطلق زماني در فرآيند وجود دارد بنابراين ، تابع تبديل دماي تهويه اتاق به دماي توليد کننده هوا به روش زير بيان مي شود:

τ زمان تاخير از شيء کنترل کننده مي باشد.
مقادير و پارامترهاي تهويه مطبوع که در اين شبيه سازي مورد استفاده قرار گرفته است در جدول ١ آورده شده است :

که با جايگذاري پارامتر هاي مربوطه در معادله (١٣)تابع تبديل سيستم به شکل زير بيان مي شود:

٣- حسابان مرتبه کسري
حسابان کسري از شاخه ي محاسبات در مشتق گيري و انتگرال گيري يک تابع است که مرتبه غير صحيح توليد مي کند.
در توسعه ي حسابان مرتبه کسري، تعاريف متفاوتي از انتگرال گيرها يا مشتق گيرهاي مرتبه کسري وجود دارد. تعاريف محکمي شامل فرمول انتگرال کوشي، تعريف Caputo، تعريف Grunwald-Letnikov و تعريف Riemann که دو