کنترل پیش بینانه مدل فازی مبنی براختلال-مشاهده کننده برای فرایندهای غیرخطی با اختلالات و محدودیت های ورودی

Disturbance-observer-based fuzzy model predictive control for nonlinear processes with disturbances and input constraints

نکات برجسته

چکیده گرافیکی

چکیده

مقدمه

2-مدلسازی فازی T-S مبتنی بر شکاف

3-کنترل پیش بینانه مدل فازی مبتنی بر مشاهده گر- آشفتگی فرایندهای غیرخطی

3-1- قانون کنترل پیش بینانه مدل فازی پایه

3-2-قانون کنترل پیش بینانه مدل فازی مبتنی بر مشاهده گر- آشفتگی

4-نمونه شبیه سازی

4-1- مدل فازی T-S از BTS زیربحرانی

4-2- Dobfmpc از bts زیربحرانی

5- نتیجه گیری ها

منابع

چکیده

این مقاله، یک طرح کنترل پیش بینانه مدل فازی مبتنی بر مشاهده گر-آشفتگی (DOBFMPC) را برای فرایند غیرخطی با توجه به آشفتگی ها و محدودیت های ورودی پیشنهاد می کند. طرح کنترل پیشنهادی، متشکل از قانون کنترل پیش بینانه مدل فازی پایه (FMPC) طراحی شده بر روی مدل فازی تاکاگی-سوگنو و قانون جبران آشفتگی است. برای ایجاد یک مدل فازی از پیچیدگی و دقت مناسب برای مدل فرایند غیرخطی، یک روش سیستمی از طریق معیار شکاف ایجاد می شود تا نقاط خطی سازی را تعیین کند. نظریه مجانبی با FMPC از نظر تئوری ثابت می شود، محدودیت های ورودی، متغیرهای کنترلی آزاد و ورودی های کنترلی آینده را به شکل قانون بازخورد حالت برآورده می کنند. سود جبران آشفتگی به گونه ای طراحی می شود که تاثیر آشفتگی از کانال های خروجی توسط قانون مرکب DOBFMPC در حالت پایدار حذف می شود. کاربرد یک سیستم بویلر-توربین زیر بحرانی ، اثربخشی طرح کنترلی پیشنهادی را نشان می دهد.

5- نتیجه گیری ها

این مقاله، یک طرح کنترل پیش بینانه مدل فازی مبتنی بر مشاهده گر- آشفتگی (DOBFMPC) را برای فرایندهای غیرخطی با آشفتگی ها و محدودیت های ورودی ارائه می کند. مدل فازی T-S با دقت تقریبی مناسب و پیچیدگی با روش فرضی مبتنی بر شکاف سیستمی، ایجاد می شود. سپس، مدل آشفتگی، فرایند غیرخطی را با یکپارچگی دوره آشفتگی در مدل فازی برای افزایش تاثیر آشفتگی، نشان می دهد. FMPC پایه در مدل فازی ترکیب می شود به طوری که پایداری مجانبی تضمین شود، و محدودیت های ورودی متغیرهای کنترلی آزاد و ورودی های کنترلی آینده را به شکل قانون غیر-PDC برآورده کنند. با تخمین آشفتگی توسط مشاهده گر آشفتگی، قانون جبران آشفتگی تضمین می کند که تاثیر آشفتگی بر خروجی های سیستم حلقه بسته توسط قانون مرکب DOBFMPC در وضعیت پایدار حذف می شود. علاوه بر این، طرح کنترلی پیشنهادی، یک حالت کلی است و برای ارتباط با آشفتگی تطبیقی و غیر تطبیقی، مناسب است. مطالعات موردی انجام شده بر روی یک BTSزیر بحرانی 300 MW، کاملا طرح کنترلی فرضی را ارزیابی می کند.

Abstract

This paper proposes a disturbance-observer-based fuzzy model predictive control (DOBFMPC) scheme for the nonlinear process subject to disturbances and input constraints. The proposed control scheme is composed of the baseline fuzzy model predictive control (FMPC) law designed on the Takagi–Sugeno fuzzy model and the disturbance compensation law. To build a fuzzy model of appropriate complexity and accuracy for the nonlinear process model, a systematic approach is developed via the gap metric to determine the linearization points. With FMPC, the asymptotic stability is theoretically proved, and the input constraints are satisfied by both the free control variables and the future control inputs in the form of the state feedback law. The disturbance compensation gain is designed such that the influence of the disturbance is removed from the output channels by the composite DOBFMPC law at the steady state. The application to a subcritical boiler–turbine system demonstrate the effectiveness of the proposed control scheme.

5- Conclusions

This paper presents a disturbance-observer-based fuzzy model predictive control (DOBFMPC) scheme for nonlinear processes with disturbances and input constraints. The T–S fuzzy model of appropriate approximation accuracy and complexity is developed with the proposed systematic gap-based method. The disturbance model then represents the nonlinear process by integrating a disturbance term into the fuzzy model to lump the disturbance effect. The baseline FMPC is synthesized on the fuzzy model such that the asymptotic stability is guaranteed, and the input constraints are satisfied by both the free control variables and the future control inputs in the form of non-PDC law. With the disturbance estimate by the disturbance observer, the disturbance compensation law ensures that the effect of the disturbance on the outputs of the closed-loop system is removed by the composite DOBFMPC law at the steady state. Besides, the proposed control scheme is a general case and suitable to deal with both the matched and mismatched disturbance. Case studies carried out on a 300 MW subcritical BTS fully evaluate the proposed control scheme.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل پیش بینانه مدل فازی مبنی براختلال-مشاهده کننده برای فرایندهای غیرخطی با اختلالات و محدودیت های ورودی

Disturbance-observer-based fuzzy model predictive control for nonlinear processes with disturbances and input constraints

متا مدل ها برای برآورد آسیب خستگی زیر ساخت های جکت توربین های بادی فراساحلی

Meta-models for fatigue damage estimation of offshore wind turbines jacket substructures

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

 کنفرانس بین المللی دینامیک ساختاری 

International Conference on Structural Dynamics

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

متا مدل ها برای برآورد آسیب خستگی زیر ساخت های جکت توربین های بادی فراساحلی

Meta-models for fatigue damage estimation of offshore wind turbines jacket substructures

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مدلسازی منحنی توان توربین بادی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی

Wind turbine power curve modelling using artificial neural network

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مدلسازی منحنی توان توربین بادی با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی

Wind turbine power curve modelling using artificial neural network

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

بررسی تجربی توسعه ساییدگی در اتصالات گروتی ژنراتورهای توربین بادی ساحلی

Experimental investigation on the development of wear in grouted connections for offshore wind turbine generators

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

بررسی تجربی توسعه ساییدگی در اتصالات گروتی ژنراتورهای توربین بادی ساحلی

Experimental investigation on the development of wear in grouted connections for offshore wind turbine generators

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

پشتیبانی ولتاژ در سیستم های توزیع صنعتی در حضور توربین های بادی مبتنی بر ژنراتور القایی و موتورهای بزرگ

Voltage support in industrial distribution systems in presence of induction generator-based wind turbines and large motors

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

پشتیبانی ولتاژ در سیستم توزیع صنعتی در حضور توربین های بادی بر اساس مولد القایی و موتورهای بزرگ

Voltage support in industrial distribution systems in presence of induction generator-based wind turbines and large motors

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

کنترل Backstepping از ژنراتور DFIG جهت توربین های بادی با سرعت متغیر : اجرایی بر اساس FPGA

Observer backstepping control of DFIG-Generators for wind turbines variable-speed: FPGA-based implementation

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل Backstepping از ژنراتور DFIG جهت توربین های بادی با سرعت متغیر : اجرایی بر اساس FPGA

Observer backstepping control of DFIG-Generators for wind turbines variable-speed: FPGA-based implementation

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

کنترل فضای حالت بهینه از موتور توربین گازی

Optimal State Space Control of a Gas Turbine Engine

چکیده

1- مقدمه و توصیف مدل

2- تحلیل

2-1 مقیاس دهی

2-2 کنترل فیدبک (بازخورد) حالت

2-3 کنترل تنظیم کننده خطی درجه دوم (LQR)

2-4 راهکار Bellman برای بهینه سازی

2-5 جستجوی چند ضلعی

3- خلاصه و نتیجه گیری

کنترل آنالوگ موتور توربین گازی با چندین کنترل کننده سوخت به دست آمده از فضای حالت مقایسه شده است. یک موتور توربین گازی تک spool با استفاده از زبان شبیه سازی سطح بالا (ACSL) مبتنی بر FORTRAN مدل سازی شده است. این مدل دربرگیرنده کنترل آنالوگ سوخت است که نشان دهنده کنترل های تجاری موجود سوخت است. مدل ACL شامل چندین حالت غیر نمایشی برای تولید مدل فضای حالت خطی هشت حالته موتور است. ماتریس های A، B و C که از شرایط عملیاتی به دست آمده اند، برای دستیابی به بهره های کنترل فیدبک توسط روش های پیش رو مورد استفاده قرار گرفته اند: (1) بازخورد حالت، (2) نظریه LQR، (3) روش Belman و (4) جستجوی چند ضلعی. یک انتقال off-load پس از انتقال on-load برای هر یک از این کنترل کننده های سوخت به کار گرفته شده است. منحنی های گذرا برای مقایسه کنترل کننده های فضای حالت سوخت با کنترل کننده های آنالوگ سوخت مورد استفاده قرار گرفته اند. کنترل کننده های فضای حالت سوخت عملکرد بهتری در مقایسه با کنترل کننده های آنالوگ داشته اند.

1- مقدمه و توصیف مدل

توسعه کنترل فضای حالت سوخت در یک موتور توربین گازی تک محور و دارای سیکل ساده موضوع این مقاله است. مدل این موتور ساده همراه با کنترل آنالوگ سوخت موجود است. انتقال بار این مدل با انتقال بار واقعی مقایسه شده است و مشخص شده است که دقیق است. این مدل تایید شده به ابزاری برای توسعه کنترل کننده های چند حالتی فضای حالت برای بیشتر موتورهای پیچیده تبدیل شده است. به عنوان مثال، یک موتور با کارایی بالا برای قدرت بخشی به کشتی های دریایی یک موتور توربین گازی بازسازی شده و دارای سرمایش داخلی (ICR) است [1]. کنترل این موتور آینده دربرگیرنده نظارت بر چندین خروجی خواهد بود و دارای سه تا پنج ورودی است. تعداد ورودی ها با حالت کاری متغیر است. یک رایانه در حلقه مرکزی امکان انجام بسیاری از حالت های پیچیده را فراهم می کند و همچنین امکان بهبود در استراتژی کنترل را پس از توسعه اولیه و حتی پس از نصب نیز فراهم می کند. کنترل کننده های سوخت برای موتورهای آینده با استفاده از این مدل ساده تر موتور به عنوان یک ابزار توسعه می یابند و تایید می شوند.

3- خلاصه و نتیجه گیری

روش های مختلفی برای کنترل کننده های موتور توربین گازی مورد بررسی قرار گرفته است. یک مدل آنالوگ که به زبان ACSL برنامه نویسی شده است، برای توسعه نمایش فضای حالت خطی شده برای استفاده در MATLAB به کار گرفته شده است. روش های متعددی برای دستیابی به بهره های بازخورد و نتایج حاصل از هر مجموعه بهره ارائه شده است. این روش ها شامل بازخورد حالت، LQR، Bellman و جستجوی چند ضلعی است.
روش فضای حالت برای توسعه کنترل کننده ها از طریق شبیه سازی قابل دسترسی است. به ویژه کنترل کننده های چند حالتی سوخت به این روش قابل اعمال هستند.
هیچ گونه مقایسه ی برای تحلیل این که کدام یک از این روش های فضای حالت عملکرد بهتری دارند انجام نشده است. بنابراین تحقیقات بیشتری در این زمینه می بایست انجام شود.

An analog fuel control for a gas turbine engine was compared with several state space derived fuel controls. A single spool, simple cycle gas turbine engine was modeled using ACSL (high level simulation language based on FORTRAN). The model included an analog fuel control representative of existing commercial fuel controls. The ACSL model was stripped of non-essential states to produce an 8 state linear state space model of the engine. The A, B, and C matrices, derived from rated operating conditions, were used to obtain feedback control gains by the following methods: (1) state feedback; (2) LQR theory; (3) Bellman method; and (4) polygonal search. An off-load transient followed by an on-load transient was run for each of these fuel controls. The transient curves obtained were used to compare the state space fuel controls with the analog fuel control. The state space fuel controls did better than the analog control.

1-0 Introduction and Model Description

The development of a state-space fuel control on a singleshaft, simple cycle gas turbine engine is the subject of this paper. A model of this simple engine with analog fuel control was available. The load transients of this model have been compared with actual load transients and found to be accurate. This verified model becomes a tool for developing multimode state-space controllers for more complicated engines. For example, a possible future high-efficiency engine for powering naval ships is an intercooled, regenerated (ICR) gas turbine engine [1], The control for this future engine will involve monitoring several outputs and will have three to five inputs. The number of inputs will vary with the mode of operation. A computer in the control loop will allow for many sophisticated modes and, also, allow for improvements in control strategy after initial development and even after installation. Fuel controls for future engines will be developed and verified with this simpler engine model as a tool.

3-0 Summary and Conclusions

Several different schemes for arriving at controllers for a gas turbine engine have been investigated. An analog model programmed in ACSL was used to develop a linearized statespace representation for use in MATLAB. The different approaches for obtaining feedback gains and the results from each set of gains are presented. The approaches are: state feedback, LQR, Bellman, and polygonal search.
The state-space approach to developing controllers is a viable one for simulations of this size and larger. In particular, multiinput, multimode fuel controllers are readily adaptable to this approach.
No comparison hasbeen attempted to analyze which of these state-space approaches is the “best” other than a graphical comparison of the controller in action. Much research of the seemingly endless variations in these methods needs to be conducted.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

کنترل فضای حالت بهینه از موتور توربین گازی

Optimal State Space Control of a Gas Turbine Engine

طراحی و آنالیز تنش توربین بادی محور عمودی سه-پره ای تحت بارگذاری پویا

Designing and Analyzing three-Blade Vertical Axis Wind Turbine Stress under Dynamic Loading

چکیده

1- مقدمه

2- توربین بادی محور عمودی

3- توضیح مفصل طراحی و مدلسازی توربین بادی محور عمودی

4- تحلیل تنش دینامیک توربین در وضعیت مقیاس-کامل

5- نتایج

چکیده

انرژی های پاک و تجدیدپذیر, مهندسان را تشویق نموده اند تا برای برآورده سازی نیازها و رفع مشکلات دنیای امروز تلاش نمایند که در میان این انرژی ها, انرژی بادی, مهم ترین است. در این دوره, نوآوری در طراحی و به روزسازی و بهبود کارکرد توربین های بادی به عنوان بهترین مبدل انرژی شناخته شده, موضوع بسیاری از مطالعات صنعتی و دانشگاهی در دهه های اخیر بوده است. توربین بادی طراحی شده در این مقاله, از نوع محور عمودی است که در نوشته ها کمتر به آن پرداخته شده است و در آن, شفت متحرک عمود بر زمین است. با تقاضاهای طراحی, این توربین با سرعت چرخش ثابت 165 دور بر دقیقه می چرخد و توان نامی آن, 3 کیلووات است. سه پره با مشخصات ثابت برای این توربین بادی در نظر گرفته شده اند و دو کانکتور ستون نگهدارنده برای هر پره طراحی شده اند. در میان مهمترین بخش های این طراحی, شفت لوله ای متصل شده به کانکتورهای ستون در کنار شفت اصلی که توربین را بین یاتاقان ها حفظ می کند, چرخی برای تبدیل نسبت سرعت و در نهایت ترمز مکانیکی برای کنترل سرعت قرار دارند. برج توربین مطابق با شرایط جغرافیایی منطقه طراحی شده است و در ارتفاع معینی نصب و راه اندازی شده است و تحلیل دینامیکی مطابق با نیروهای به دست آمده انجام شده است. در این مقاله, مراحل مختلف طراحی قطعات توربین اشاره شده در اینجا بر اساس تحلیل های بالا ارائه می شوند. در انتها, تحلیل خستگی و تعیین تنش اعمال شده بر برخی از این قطعات توربین بادی ارائه شده است.

5- نتایج

در این مقاله, به طور خلاصه معرفی توربین بادی محور عمودی آزمایش شده است که در مقایسه با توربین های بادی محور افقی کمتر شناخته شده است. علاوه بر این, ابتدا نتایج یک تحلیل واقعی مبتنی بر تحلیل های آیرودینامیکی آزمایشی و نظری را مطالعه نمودیم و سپس مبناهای طراحی و تحلیل قطعات مکانیکی توربین را بر اساس پروتکل های کلی طراحی توربین های بادی بعد از تعیین مشخصات کلی آنها معرفی نمودیم. تحلیل خستگی دو قطعه بحرانی این توربین نیز ارائه شده است که به دلیل نوسانات بار اعمال شده به توربین های بادی, یک بخش یکپارچه از تحلیل های مکانیکی این توربین هاست.

Abstract

Clean and renewable energies have encouraged the engineers to try to meet the needs and problems of today’s world, among which wind energy is the most important one. In this course, innovation in designing and updating and improving the function of wind turbines as the best known energy convertor has been the subject of many industrial and academic studies in recent decades. The wind turbine designed in this article is of vertical axis type which has less been addressed in literature in which the moving shaft is perpendicular to the ground. As the demands of the designing, this turbine rotates with the constant rotation speed of 165 rpm and its nominal power is 3kw. Three blades with constant profile are considered for this wind turbine and two holding strut connectors are designed for each blade. Among the most important parts of the design are tubular shaft connected to the strut connectors besides to the main shaft to keep the turbine between the bearing, sprocket wheel to convert the speed ratio and finally the mechanical brake to control the speed. The turbine’s tower is designed, according to the geographical conditions of the area, and installed and started in the given height and the dynamic analysis is conducted according to the obtained forces. In this paper, different stages of designing the turbine parts referred here are presented based on the above analyses. At the end, fatigue analysis and determining the stress exerted on some of this wind turbine parts are presented.

5- Conclusions

In this paper, it is tried to briefly introduce vertical axis wind turbine, which are less known compared to horizontal axis wind turbines. In addition, we first studied the results of a real analysis based on theoretic and experimental aerodynamic analyses and then we introduced the basics of designing and analysis of mechanical parts of the turbine based on the general protocols of wind turbines designing after determining the general specifications of them. The fatigue analysis of two of the critical parts of this turbine is also presented, which is an integrated part of mechanical analyses of these turbines because of the fluctuation of the loads exerted to the wind turbines.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

طراحی و آنالیز تنش توربین بادی محور عمودی سه-پره ای تحت بارگذاری پویا

Designing and Analyzing three-Blade Vertical Axis Wind Turbine Stress under Dynamic Loading

آنالیز ایمنی و مدیریت ریسک توربین گازی و قابلیت کارکرد آن

RISK MANAGEMENT AND SAFETY ANALYSIS OF THE GAS TURBINE AND ITS OPERABILITY

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

آنالیز ایمنی و مدیریت ریسک توربین گازی و قابلیت کارکرد آن

RISK MANAGEMENT AND SAFETY ANALYSIS OF THE GAS TURBINE AND ITS OPERABILITY

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

آنالیز خرابی و تعمیر دیسک کمپرسور توربین گازی آسیب دیده با استفاده از تکنیک SEM و تجزیه و تحلیل CFD

Failure Analysis and Repair of a Catastrophically Damaged Gas Turbine Compressor Disk Using SEM Technique and CFD Analysis

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

آنالیز خرابی و تعمیر دیسک کمپرسور توربین گازی آسیب دیده با استفاده از تکنیک SEM و تجزیه و تحلیل CFD

Failure Analysis and Repair of a Catastrophically Damaged Gas Turbine Compressor Disk Using SEM Technique and CFD Analysis

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.