طراحی کنترل کننده ی پیش بین مبتنی بر مدل برای سیستم های کنترل تحت شبکه های اتوماسیون صنعتی

فرید علوی

چکیده

به دلیل توسعه روزافزون فناوری های ارتباطی از یک سو و از سوی دیگر پیچیده تر شدن فرایند های صنعتی، استفاده از سیستم های کنترل تحت شبکه با استقبال مواجه شده است. در این سیستم ها ارتباط بین اجزای کنترلی شامل کنترل کننده، حسگر و عملگر از طریق یک شبکه ی ارتباطی برقرار می گردد که به دلیل شرایط غیرایده آل محیطی، احتمال گم شدن و یا تأخیر بسته های انتقالی در شبکه وجود دارد. از این رو طراحی کنترل کننده در سیستم های تحت شبکه باید به صورتی انجام شود که پایداری سیستم در حضور تأثیرات نامطلوب شبکه حفظ گردد. کنترل mpc به عنوان یکی از روش های کنترلی پرکاربرد در دهه های گذشته محسوب می شود. در این شیوه از کنترل، حالت ها و خروجی های آینده با استفاده از مدل سیستم پیش بینی می گردند و به دلیل همین قابلیت پیش بینی، این روش به یکی از روش های مورد توجه در کنترل تحت شبکه تبدیل شده است. در این پایان نامه، یک شیوه ی طراحی کنترل کننده ی mpc برای کاربرد تحت شبکه ارائه شده است. به این منظور، در ابتدا مدل سیستم کنترل تحت شبکه معرفی می گردد. در مرحله ی مدل سازی، تأثیر بروز پدیده های تأخیر و گم شدن بسته های ارسالی در شبکه، مد نظر قرار گرفته و با بررسی یک پروتکل انتقال اطلاعات در صنعت، درستی فرضیات مدل سازی نشان داده شده است. در ادامه، ساختار سیستم کنترل پیشنهادی ارائه و روش طراحی کنترل کننده ی پیشنهادی، بر اساس مدل سیستم، معرفی گردیده است. اثبات پایداری سیستم تحت کنترل نیز با استفاده از قضیه ی لیاپانوف صورت می گیرد. روش کنترل پیشنهادی بر اساس حل دسته ای از lmiها استوار است که تمامی آن ها حالت خطی و استاندارد دارند؛ لذا برای حل آن ها می توان دسته ی وسیعی از حل کننده های عددی را به کار برد. در ادامه نشان داده می شود که تمام lmiهای تشکیل شده در کنترل کننده، در صورتی که در یک لحظه قابل حل باشند، در تمام لحظات بعد نیز قابل حل خواهند بود. به این ترتیب، اطمینان حاصل می گردد که کنترل کننده ی پیشنهادی هیچگاه با یک lmi غیر قابل حل روبه رو نخواهد شد. رعایت محدودیت های ورودی و خروجی سیستم، از دیگر مواردی است که مورد توجه قرار گرفته است. به این منظور، محدودیت های سیستم به صورت lmi بیان شده و به دسته lmiهایی که باید توسط کنترل کننده حل شوند، اضافه می گردند. در نهایت روش طراحی کنترل کننده ی mpc پیشنهادی به حالت مقاوم تعمیم داده شده است. در این حالت فرض بر این است که نامعینی سیستم به صورت چندوجهی مدل شده است که در واقع هر وجه، نمایانگر یک سیستم خطی و تغییرناپذیر با زمان است. در این حالت نیز پس از معرفی روش طراحی کنترل کننده ی mpc پیشنهادی، با استفاده از قضیه ی لیاپانوف، پایداری سیستم اثبات شده است. رعایت محدودیت های ورودی و خروجی سیستم نیز در این حالت، مشابه با حالت بدون نامعینی صورت می گیرد.

اساتید راهنما و مشاور

جعفر قیصری، یداله ذاکری