دانلود ترجمه مقاله کنترل کننده منطق فازی نوع PID برای سیستم یاتاقان مغناطیسی فعال (آی تریپل ای 2014)

کنترل کننده منطق فازی نوع PID برای سیستم یاتاقان مغناطیسی فعال

PID-type fuzzy logic controller for active magnetic bearing system

چکیده
1. مقدمه
2. توصیف شناسایی مدل و سیستم
3. طراحی کنترلر فازی نوع پی آی دی
4. تنظیم فاکتورهای مقیاس‌بندی با استفاده از MOGA
5. پیاده‌سازی کنترلر فازی طراحی‌شده
6. نتیجه
منابع

چکیده
این مقاله به توصیف طراحی یک کنترل‌کننده‌ی منطق فازی از نوع پی آی دی (PID-FLC) و کاربرد آن در تثبیت یک سیستم یاتاقان مغناطیسی فعال (AMB) می‌پردازد. PID-FLCی پیشنهادشده، با ادغام یک کنترلر منطق فازی نوع پی دی و یک کنترل منطق فازی نو پی آی، حاصل می‌شود. از یک الگوریتم ژنتیک چندهدفه (MOGA) به منظور تعیین عوامل مقیاس‌بندی مقادیر ورودی و خروجی PID-FLC استفاده می‌شود. سپس کنترلر طراحی‌شده، در C کدگذاری می‌شود و در زمان واقعی روی یک کارت پردازشگر سیگنال دیجیتال (دی اس پی)، پیاده‌سازی می‌شود. نتایج حاصل از PID-FLC با نتایج حاصل از یک کنترلر نوع تاخیر-تقدم متعارف و کنترلر آنالوگ آنبورد سیستم، مقایسه می‌شود. طراحی کنترلرها بر مبنای روش‌های کلاسیک، خصوصاً برای سیستم‌هایی که مدل مرتبه‌بالا دارند، ممکن است خسته‌کننده باشد. در مقایسه، طراحی کنترلر PID-FLC فقط نیازمند تغییر برخی فاکتورهای مقیاس‌بندی در لوپ کنترل است و به این ترتیب، بسیار ساده‌تر از روش‌های طراحی کلاسیک است. نتایج تجربی نیز، عملکرد ارتقایافته و استواری این سیستم را تحت کنترل PID-FLC را با وجود اختلال، تایید کرده است.

2. توصیف شناسایی مدل و سیستم
سیستم تحت بررسی، یک محور است که حاوی دو جفت یاتاقان مغناطیسی در دو سوی خود است. این را می‌توان بصورت یک سیستم چهار ورودی و چهار خروجی نشان داد. تصویر 1، نماهای فوقانی و جلویی ستاپ آزمایشی را نشان داده‌اند. این سیستم، چهار جفت تقویت‌کننده‌ی جریان خطی (هر جفت برای هر محور یاتاقان شعاعی) و چهار جبرانساز پیشفاز آنالوگ داخلی بکار برده است تا بطور مستقل محورهای یاتاقان شعاعی را کنترل کند. در این مقاله، طرحی ارائه می‌دهیم که در آن کنترلر آنالوگ آنبورد را می‌توان با کنترلر دیجیتال جایگزین کرد. مدلی از سیستم یاتاقان مغناطیسی MBC500، فقط برای شبیه‌سازی پویا و طراحی کنترلر متعارف شناسایی خواهد شد، چراکه طراحی FLC نیازمند مدل سیستم نیست. چون سیستم یاتاقان مغناطیسی، ناپایدار لوپ‌باز است، یک فرایند شناسایی سیستم لوپ‌بسته مورد نیاز است. یک فرایند شناسایی سیستم لوپ‌بسته‌ی دومرحله‌ای، بکار می‌رود تا مدلی را برای سیستم یاتاقان مغناطیسی، شناسایی شود. جزئیات آزمایش پاسخ فرکانسی و فرایند شناسایی سیستم، در رفرنس 14 آمده است. با استفاده از دیتای آزمایشی گردآوردی‌شده، مدلی از یاتاقان مغناطیسی بدست آمده و در رفرنس 1 ارائه شده است. بزرگی پاسخ فرکانسی که بصورت آزمایشی گردآوری شده است، در تصویر 2 نیز قابل مشاهده است. اما در این مقاله، فقط مدل نخستین کانال برای طراحی کنترلر متعارف و شبیه‌سازی پویای سیستم AMB بکار می‌رود

دو رزونانس را می‌توان در پاسخ فرکانس نخستین کانال (تصویر 2) مشاهده کرد. چون مجموعاً مدل مرتبه‌چهارم مورد نیاز است تا دو حالت رزونانس مدلسازی شوند، آنرا می‌توان از تصویر 3 استنتاج کرد که در آن، مدل‌های با مرتبه‌ی کمتر از پنج، نمی‌توانند نیروگاه واقعی را دقیقاً مدلسازی کنند. بعلاوه، هرچه مدل از مرتبه بالاتری برخوردار باشد، طراحی کنترلر متعارف نیز دشوارتر است. هدف نهایی در اینجا، یافتن مدلی از سیستم واقعی است که تا حد امکان ساده باشد و در عین حال بتواند تمام مشخصات ضروری نیروگاه را در خود لحاظ کرده باشد. بنابراین، یک مدل مرتبه ششم، جهت مدلسازی حالت بدنه‌ی سفت و بدنه‌ی خم‌شونده، با تابع تبدیل مرتبه دوم و چهارم، انتخاب می‌شود.

3. طراحی کنترلر فازی نوع پی آی دی
به منظور کاهش تعداد قواعدی که در کنترلر فازی سه‌ورودیِ نوع پی آی دی بکار می‌روند، دو ساختار FLCی نوع سوگنو که در تصویر 4 ملاحظه می‌کنید، در این مقاله استفاده شده است. در واقع، کنش پی آی دی به یک بخش PI-FLC و یک بخش PD-FLC تفکیک می‌شود. سپس خروجی‌های این دو کنترلر فازی، افزوده می‌شوند تا یک PID-FLC تهیه شود. همانطور که از تصویر 4 می‌توان مشاهده کرد، چهار پارامتر باید با استفاده از روش‌های بهینه‌سازی تنظیم شوند. یعنی GE فاکتور مقیاس‌بندی خطای ورودی، GCE نرخ ورودی تغییر فاکتور مقیاس‌بندی خطا، GCU فاکتور مقیاس‌بندی خروجی PI-FLC و GU فاکتور مقیاس‌بندی خروجی PD-FLC است.