طراحی کنترل کننده با تولباکس Matlab (بخش اول)

طراحی کنترل کننده با تولباکس Matlab (بخش اول)

همان طور که می دانید یکی از مهمترین قسمت‌های کنترل یک فرآیند انتخاب نوع کنترل کننده و همچنین تنظیم آن می باشد. تولباکس (Toolbox) تنظیم سیستم کنترلی متلب محیطی مناسب برای طراحی کنترل کننده و مشاهده رفتار سیستم می باشد. در این قسمت قصد آموزش یکی از مهم ترین تولباکس های نرم افزار Matlab یعنی تولباکس Control System Tuning را برای طراحی کنترل کننده داریم. شکل زیر محیط این تولباکس را نشان می دهد:

SISO Toolbox (1)

همان طور که مشخص است این تولباکس از 5 قسمت تشکیل شده است:

  • محیط تعیین ساختار سیستم (Architecture)
  • محیط ویرایش جبرانساز (Compensator Editor)
  • محیط گرافیکی تنظیم (Graphical Tuning)
  • محیط آنالیز منحنی ها (Analysis Plots)
  • محیط تنظیم اتوماتیک (Automated Tuning)

همان طور که مشخص است در قسمت ساختار، بلوک دیاگرام کلی یک سیستم نشان داده شده است:

SISO Toolbox (2)

که F تابع پیش‌فیلتر، C تابع جبرانساز (کنترل کننده)، G تابع تبدیل سیستم (Plant) و H تابع تبدیل فیدبک می باشند. قسمت ساختار برای کارهای زیر مورد استفاده قرار می گیرد:

  • تغییر دادن ساختار بلوک دیاگرام
  • پیکربندی حلقه ها
  • وارد کردن مدل
  • تعیین زمان نمونه برداری
  • پیکر بندی چند مدل

با کلیک بر روی گزینه Control Architecture می توانید ساختار بلوک دیاگرام و علامت بلوک ها را مطابق شکل زیر تغییر دهید:

SISO Toolbox (3)

هم چنین برای تغییر دادن نام بلوک ها روی تب Blocks and Signals کلیک کنید:

SISO Toolbox (4)

اگر ساختار شما دارای چند حلقه و کنترل کننده می باشد و می خواهید تاثیر کنترل کننده ای ای را بر روی حلقه فیدبک از بین ببرید می توانید با انتخاب گزینه Loop Configuration و انتخاب جبرانساز مورد نظر اثر آن را حذف کنید:

SISO Toolbox (5)

 اگر از قبل تابع تبدیل قسمت های مختلف را ایجاد کرده اید می توانید با کلیک بر روی گزینه System Data فایل خود را انتخاب و وارد محیط کنید:

SISO Toolbox (6)

برای تعیین زمان نمونه برداری روی گزینه Sample Time Conversion کلیک کرده و مقدار آن را مشخص کنید. در این قسمت می توانید  انواع نگهدارنده مرتبه صفر،یک و… را برای قسمت های مختلف سیستم مشخص کنید:

SISO Toolbox (7)

اگر مدل آماده ای که وارد کرده اید خود دارای چند مدل باشد گزینه Multimodel Configuration فعال بوده و می توانید تنظیمات مربوط به آن را انجام دهید.
تا الآن ساختار سیستم کنترلی را تعیین کردیم. حال با استفاده از قسمت ویرایشگر جبرانساز می توانیم بهره، صفر و قطب برای جبرانساز تعیین نماییم. برای این کار بر روی Dynamics راست کلیک کرده و با انتخاب صفر یا قطب آن را به جبرانساز اضافه می کنیم:

SISO Toolbox (8)

 برای تغییر دادن مختصات قطب یا صفر می توانید پس از انتخاب آن، از قسمت Edit Selected Dynamics استفاده کنید:

SISO Toolbox (9)

از قسمت Graphical Tuning می توانید منحنی هایی که برای طراحی استفاده می کنید را انتخاب کنید:

SISO Toolbox (10)

برای مشاهده محیط طراحی روی گزینه Show Design Plot کلیک کنید. با تغییر مقادیر مربوط به جبرانساز منحنی های محیط SISO Design Task بصورت خودکار بروز می شوند. همچنین می توانید با کشیدن صفرها و قطب ها روی منحنی بصورت دلخواه پارامترهای جبرانساز را تغییر دهید یا با راست کلیک کردن بر روی منحنی ها می توانید صفر و قطب اضافه کنید:

SISO Toolbox (11)

توجه کنید که برای پاسخ سیستم حلقه باز سه منحنی زیر موجود می باشد:

  • منحنی روت لوکاس (Root locus)
  • منحنی نیکولز (Nichols)
  • منحنی بود (Bode)

و برای پاسخ سیستم حلقه بسته فقط منحنی بود (Bode) وجود دارد.
اگر می خواهید مثلاً بجای پاسخ ورودی به خروجی، پاسخ نویز به ورودی را در نظر بگیرید با کلیک بر روی گزینه Select New Open/Closed Loops to Tune می توانید حلقه مورد نظر را انتخاب کنید:

SISO Toolbox (12)

در قسمت Analysis Plots می توانید حداکثر 6 منحنی مختلف برای مشاهده پاسخ حلقه های مختلف انتخاب کنید و با کلیک بر گزینه Show Analysis Plot منحنی های مورد نظر نشان داده می شود:

SISO Toolbox (13)

برای تنظیم کردن پاسخ سیستم وارد قسمت Automated Tuning می شویم:

SISO Toolbox (14)

همان طور که مشخص است برای تنظیم کردن 5 روش زیر وجود دارد:

  1. تنظیم بر اساس بهینه سازی (Optimization-Based Tuning): در این روش پارامترهای جبرانساز بر اساس نیاز با روش های بهینه‌سازی تنظیم می شود.

  2. تنظیم کنترل کننده PID : در این روش با انتخاب نوع کنترل کننده و روش تنظیم کردن (روش کلاسیک یا روش زمان پاسخ مقاوم)، جبرانساز تنظیم می شود.

  3. تنظیم به روش کنترل مدل داخلی (IMC) : در این روش با استفاده از روش طراحی IMC یک فیدبک پایدارکننده طراحی می شود.

  4. تنظیم به روش (LQG) : در این روش یک فیدبک پایدارکننده بر اساس دنبال کننده LQG طراحی می شود.

  5. تنظیم به روش (Loop Shaping) : در این روش با استفاده از پهنای باند حلقه باز یک فیدبک پایدارکننده طراحی می شود.

برای هر روشی که انتخاب می کنید باید مراحل زیر را انجام دهید:

  • انتخاب جبرانساز

  • مشخص کردن رفتار مورد نظرتان برای پاسخ سیستم

  • کلیک بر روی گزینه Update Compensator برای اعمال تنظیمات بر روی جبرانساز

در قسمت بعدی نحوه تنظیم کردن با این روش ها را توضیح می دهیم.

 

یک امتیازدو امتیازسه امتیازعالی بودخیلی عالی بود (3 votes, average: 4٫33 out of 5)
Loading...
Analysis Plots Architecture Automated Tuning Blocks Blocks and Signals Bode close loop compensator Compensator Editor Control Architecture Control System Tuning control toolbox feedback feedback loop Graphical Tuning IMC IMC Tuning loop Loop shaping Loop shaping Tuning LQG LQG Tuning Matlab matlab control toolbox matlab toolbox Nichols open loop Optimization-Based Tuning PID PID tuning plant plot Root locus Sample Time Sample Time Conversion Signals SISO Design SISO Design Task toolbox tune tuning tuning toolbox بلوک دیاگرام سیستم بلوک دیاگرام کلی یک سیستم بهره جبرانساز بهره، صفر و قطب برای جبرانساز بود پهنای باند پهنای باند حلقه باز تابع پیش‌فیلتر تابع تبدیل سیستم تابع تبدیل فیدبک تابع جبرانساز تنظیم تنظیم بر اساس بهینه سازی تنظیم به روش (Loop Shaping) تنظیم به روش (LQG) تنظیم به روش کنترل مدل داخلی تنظیم کنترل کننده PID تولباکس تولباکس Control System Tuning تولباکس های نرم افزار Matlab جبرانساز حلقه حلقه فیدبک رفتار سیستم روت لوکاس صفر جبرانساز صفر و قطب جبرانساز طراحی کنترل کننده فیدبک پایدارکننده قطب جبرانساز کنترل کنترل کننده متلب محیط آنالیز منحنی ها محیط تعیین ساختار سیستم محیط تنظیم اتوماتیک محیط گرافیکی تنظیم محیط ویرایش جبرانساز منحنی منحنی بود منحنی روت لوکاس منحنی نیکولز نرم افزار Matlab نگهدارنده مرتبه صفر نویز نیکولز

6 Comments

صادق

درباره2 سال ago

سلامخسته نباشی واقعا کاربردی دقیق و مفید توضیح دادی از سایتت لذت بردم سایتهایی مثل سایت شما که کاربردی باشه خیلی کمه به کارتون ادامه بدید

پاسخ دادن

person

درباره2 سال ago

بسیار خوب بود خسته نباشید

پاسخ دادن

hadis

درباره2 سال ago

سلام میتونیم برای یک سیستم mimo هم از این روش استفاده کنیم؟

پاسخ دادن

Admin

درباره2 سال ago

امتحان نکردم ولی فکر نکنم مشکلی داشته باشد.

پاسخ دادن

مریم

درباره11 ماه ago

سلام ببخشید اگر سیستم کنترل آبشاری باشد(cascade) با وجود دو کنترلر باید نوع هر کنترلر را در چه قسمتی وارد کرد؟ومنحنی پاسخ فرایند را میتوان از کجا مشاهده کرد؟

پاسخ دادن

Admin

درباره11 ماه ago

باید از قسمت انتخاب نوع ساختار ابتدا گزینه آخر را انتخاب کنید.

پاسخ دادن

Leave a Comment

Please be polite. We appreciate that.
Your email address will not be published and required fields are marked