طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی در متلب + ویدیو

طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی در متلب + ویدیو

مخاطبان دوره

آموزش طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی به علت کاربرد بسیار برای طیف گسترده ای از علاقه مندان مناسب می باشد.بیشترین استفاده از طراحی این کنترل کننده ها را رشته های مهندسی برق و مکانیک دارند. اما به طور کلی این آموزش مناسب است برای:

رشته های:

  • مهندسی برق
  • مهندسی مکانیک
  • مهندسی مکاترونیک
  • مهندسی هوافضا
  • مهندسی پزشکی

دروس:

  • کنترل کلاسیک دوره کارشناسی
  • کنترل مدرن دوره ارشد
  • رباتیک دوره کارشناسی و ارشد
  • کنترل هوشمند دوره ارشد
  • شناسایی سیستم دوره کارشناسی و ارشد
  • کنترل غیرخطی دوره ارشد
  • کنترل بهینه دوره ارشد

۳۸,۰۰۰ تومان ۲۹,۹۰۰ تومانافزودن به سبد خرید

مقدمه ای بر طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی

تمام سیستم های دینامیکی موجود را می توانیم حول نقطه تعادلشان خطی کنیم. سپس به بررسی این سیستم ها با قوانین حاکم بر معادلات خطی بپردازیم. چرا که استفاده از قوانین خطی که شامل قضایای جبر خطی می باشند به مراتب راحت تر و قابل درک تر از مفاهیم غیر خطی است. سیستم هایی که بصورت خطی در آورده می­شوند در فضایی تحت عنوان فضای حالت نوشته می­شوند. این فضا نگاشتی است که متغیرهای سیستم از قبیل جایجایی، سرعت و هر متغیر دیگری بسته نوع سیستم را به فضای دیگری می­برد که بررسی و تحلیل سیستم در این فضا بهتر صورت می­گیرد.

در تصویر زیر یک نمونه تفاوت سیستم خطی شده و غیرخطی را مشاهده می کنید.

تفاوت سیستم های خطی و غیرخطی

همچنین تصویر زیر یک راه بسیار ساده به منظور خطی کردن یک معادله غیر خطی را نشان می دهد. استفاده از خط مماس بر مبدا به منزله خطی شدن موضعی یک سیستم دینامیک می باشد.

تبدیل سیستم غیرخطی به خطی در طراحی کنترل کننده

۳۸,۰۰۰ تومان ۲۹,۹۰۰ تومانافزودن به سبد خرید

پایداری سیستم های خطی

مساله بسیار مهم در رابطه با سیستم های دینامیکی، پایداری آن سیستم هاست. اولین هدف ما از طراحی سیستم پایدار بودن آن سیستم است چراکه یک سیستم ناپایدار به درد ما نخواهد خورد. سیستم های دینامیکی را در فضای حالت با معادله زیر نمایش می­دهند:

معادله سیستم های دینامیکی را در فضای حالت

برای بررسی پایداری چنین سیستمی که در فرم فضای حالت بیان شده است. کافی است مقادیر ویژه ماتریس سیستم یعنی ماتریس A را چک کنیم. همه این مقادیر ویژه که به تعداد مرتبه سیستم می­باشد باید در سمت چپ محور موهومی قرار گیرند تا سیستم مورد نظر پایدار باشد. اگر سیستمی ناپایدار باشد نمی توانیم از آن استفاده کنیم. پس راه چاره کنترل آن سیستم می­باشد. یعنی ما با استفاده از شرایطی یک سری تغییراتی را در قطبها یا همان مقادیر ویژه سیستم می­دهیم که سیستم را پایدار کنیم. که به این نوع طراحی، جایابی قطب (Pole Placement) می­گویند.

حتما بخوانید:  نمایش و شبیه سازی سیستم های خطی در فضای حالت

تصاویر زیر به ترتیب نشان دهنده مدل و کاربرد حقیقی جایابی قطبی در یک مسئله کنترل مدار الکتریکی می باشند.

مدل

مدل ارائه شده به منظور طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی (در اینجا سیستم الکتریکی)

کاربرد طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی در یک مدار

کاربرد طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی (در اینجا سیستم الکتریکی)

۳۸,۰۰۰ تومان ۲۹,۹۰۰ تومانافزودن به سبد خرید

چالش های طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی

ما در این آموزش در مورد نحوه طراحی کنترل کننده برای سیستم های خطی با استفاده از جایابی قطب که به آن طراحی کنترل کننده فیدبکمی­گویند، بحث خواهیم کرد.

همه سیستم­های ناپایدار را نمیتوان کنترل کرد. این جمله دلالت بر وجود یک شرط بسیار مهم در کنترل می­باشد که به آن شرط کنترل­پذیری می­گویند. یعنی تنها قادر به طراحی کنترل کننده برای سیستم­هایی هستیم که این شرط را ارضا نمایند.

البته هدف کنترل تنها برای پایدار کردن نیست. ممکن سیستمی پایدار باشد ما آن سیستم را کنترل می­کنیم تا عملکرد سیستم را بهبود بدهیم بعنوان مثال بخواهیم مقدار اورشوت یا مقدار زمان جهش و نشست سیستم را بهبود دهیم که بهبود این عملکرد به قطب ها یا مقادیر ویژه سیستم مورد نظرمان بستگی دارد.

 

اساس کنترل کنندگی به وسیله فیدبک حالت

اشاره شد که این نوع روش طراحی، طراحی کنترل کننده فیدبک حالت نام دارد. همانطور که از نامش مشخص است. کنترل کننده با ایجاد تغییراتی در مقادیر ویژه سیستم که از حالت های خود آن سیستم باز خورد مگیرد، سیستم را کنترل می­کند. یعنی مقدار ورودی کنترلی در رابطه فضای حالت با استفاده یک ضریبی با عنوان ضریب K به سیستم اعمال خواهد شد . در حقیقت هدف از طراحی کنترل کننده یافتن این ضریب K می باشد. یا اگر بخواهیم ضورت مساله طور دیگری بیان اینگونه میگوییم: چه ضریبی K ای نیاز داریم تا بتوانیم مقادیر ویژه سیستم ناپایدر رو با مقادیر ویژه مطلوب خودمان جایابی کنیم البته به شرطی ک شرط کنترل پذیری ارضا شده باشد.

حتما بخوانید:  نمایش و شبیه سازی سیستم های خطی در فضای حالت

یک مساله مهم دیگر نحوه پیدا کردن این ضریب است که در این آموزش با استفاده از روش هایی این مقدار پیدا خواهد شد. یعنی مثال و پروژه هایی که در این آموزش بررسی میشود یعنوان مثال طراحی یک کنترل کننده برای شیر هیدرولیکی سرو و سیستم تعلیق خودرو مقدار K پیدا خواهد شد و مفصلا در مورد آن بحث خواهیم کرد. همچنین ارتباط مقدار K با قطب های سیستم و عمکلرد سیستم بسیار حائز اهمیت می­باشد. که تاثیر این عملکرد مستقیما بر روی مقدار ورودی کنترلی سیستم تاثیر دارد و این یکی از مهم ترین چالش های کنترل می­باشد و محدویت که در استفاده از حداکثر انرژی کنترلی وجود دارد.

۳۸,۰۰۰ تومان ۲۹,۹۰۰ تومانافزودن به سبد خرید

کاربردهای آموزش طراحی کنترل کننده فیدبک حالت

در این آموزش پس از اینکه مفصلا در مورد تئوری طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی بحث کردیم. به انجام پروژهای عملی میرسیم که سعی شده کردیم از سیستم هایی استفاده کنیم که جامع تر بوده و کاربرد زیادی را در مقالات و کنترل دارند. اولین سیستم که به تحلیل و کنترل آن پرداختیم سیستم شیر هیدرولیکی سرو بود. این پروژه را طی چند جلسه در در نرم افزار متلب پیش بردیم. هدفمان از این پروژه ابتدا طراحی یک کنترل کننده برای سیستم با هدف پایداری سازی آن بود و در مرحله دوم طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی جهات ردیابی یک ورودی دلخواه بود که به آن به اصطلاح Tracking Control میگویند در هر دو نوع کنترل در مورد پیدا کردن بهره K و تاثیر آن بر ورودی کنترلی و عملکرد شیر هیدرولیکی بحث شده است.

یک نمونه کاربرد Tracking Control در کنترل حرکت روبات ها، با استفاده از خطی کردن سیستم آنها و کنترل به طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی می باشد.

حتما بخوانید:  نمایش و شبیه سازی سیستم های خطی در فضای حالت

طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی در کنترل حرکت روبات ها

مثال و پروژه دیگری که برای تحلیل و طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی انتخاب شده است سیستم تعلیق یک چهارم خودرو می­باشد که این سیستم کاربرد بسیاری با توجه مدل خودش در پایان نامه ها و مقالات علی الخصوص در بحث کنترل دارد. ویژگی که این پروژه دارد این است که علاوه بر بررسی آن در نرم افزار MATLAB در نرم افزار SIMULINK شبیه سازی خواهد شد و طی این پروژه می توانیم طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم تعلیق خودرو را در MATLAB و Simulink (سیمولینک) یادبگیریم.

طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی در متلب و سیمولنیک

 

سیر آموزشی

طی این آموزش قادر خواهیم بود با تئوری طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی آشنا شویم و همچنین بصورت عملی در نرم افزار متلب و سیمولینک روش های طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی را فرا بگیریم. با انجام دو پروژه کامل برای دو سیستم شیر هیدرولیکی و سیستم تعلیق تقریبا به مفاهیم اشراف پیدا خواهیم کرد و از همین روش ها برای طراحی کنترل کننده برای هر سیستمی دیگری استفاده خواهیم نمود.

در تصاویر زیر نیز به ترتیب مدل و راه حل ارائه شده به منظور شبیه سازی تعلیق خودرو را مشاهده می کنید.

طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی در تعلیق خودرو

تصویر مربوط به مدل ارائه شده با استفاده از طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی (در اینجا سیستم دو جسمی تعلیقی چرخ و بدنه)

طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی در تعلیق خودرو

تصویر مربوط به راه حل ارائه شده و بازخورد واقعی با استفاده از طراحی کنترل کننده فیدبک حالت برای سیستم های خطی (در اینجا سیستم دو جسمی تعلیقی چرخ و بدنه)

۳۸,۰۰۰ تومان ۲۹,۹۰۰ تومانافزودن به سبد خرید

پیش نمایش ویدیو های این مجموعه

 

پیش نمایش قسمت اول

پیش نمایش قسمت دوم

پیش نمایش قسمت سوم

پیش نمایش قسمت چهارم

پیش نمایش قسمت پنجم

پیش نمایش قسمت ششم

پیش نمایش قسمت هفتم

پیش نمایش قسمت هشتم

پیش نمایش قسمت نهم

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.