طراحی کنترل کننده با تولباکس Matlab (بخش دوم)

طراحی کنترل کننده با تولباکس Matlab (بخش دوم)

در قسمت قبل نحوه ایجاد ساختار یک سیستم کنترلی را با تولباکس Control System Tuning شرح دادیم. معمولاً یکی از مهمترین مشکلات در مورد کنترل کننده ها نحوه تنظیم کنترل کننده می باشد زیرا با تنظیم نامناسب کنترل کننده ممکن است سیستم ناپایدار شود. برای حل این مشکل از محیط تنظیم اتوماتیک (Automated Tuning) کمک می گیریم.  
برای تنظیم کردن کنترل کننده 5 روش زیر وجود دارد:

  • تنظیم بر اساس بهینه سازی (Optimization-Based Tuning): در این روش پارامترهای جبرانساز بر اساس نیاز مورد نظر با روش های بهینه‌سازی تنظیم می شود.
  • تنظیم کنترل کننده PID : در این روش با انتخاب نوع کنترل کننده و روش تنظیم کردن (روش کلاسیک یا روش پاسخ زمانی مقاوم)، جبرانساز را تنظیم می کنید.
  • تنظیم به روش کنترل مدل داخلی (IMC) : در این روش با استفاده از روش طراحی IMC یک فیدبک پایدارکننده طراحی می شود.
  • تنظیم به روش (LQG) : در این روش یک فیدبک پایدارکننده بر اساس دنبال کننده LQG طراحی می شود.
  • 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

روش Optimization-Based Tuning :


برای تنظیم کنترل کننده به روش بهینه سازی پس از انتخاب این روش روی گزینه Optimize Compensator کلیک کرده تا وارد قسمت زیر شوید:

SISO Toolbox 2 (1)

در تب Compensators می توانید مشخص کنید که از کدام پارامترها برای بهینه سازی استفاده شود. با انتخاب هر پارامتر می توانید حدود تغییرات آن را نیز مشخص کنید:

SISO Toolbox 2 (2)

در قسمت Design Requirements بر روی گزینه Add new design requirement کلیک کنید تا صفحه زیر باز شود:

SISO Toolbox 2 (3)

در این قسمت نیازهای خود از کنترل کننده را انتخاب کنید. برای مثال اگر می خواهید پاسخ خروجی به ورودی پله دارای زمان جهش 5 ثانیه و زمان نشت 10 ثانیه و اورشوت 10درصد باشد مانند بالا تنظیمات را انجام دهید. پس از انجام تنظیمات شکل زیر نشان داده می شود:

SISO Toolbox 2 (4)

می توانید با کشیدن خطوط (باندها) پارامترهای مورد نیاز را تغییر دهید.
در تب Optimization بر روی گزینه Optimization Options کلیک کنید تا بتوانید تنظیمات مربوط به روش بهینه سازی را انتخاب کنید:

SISO Toolbox 2 (5)

حال بر روی گزینه Start Optimization کلیک کنید تا بصورت اتوماتیک پارامترهای کنترل کننده تنظیم شوند. در هنگام بهینه سازی شکل پاسخ در هر مرحله نشان داده می شود. پس از پایان بهینه سازی روی تب Compensator بروید تا مقادیر بهینه سازی شده برای پارامترهای انتخاب شده را مشاهده کنید:

SISO Toolbox 2 (6)

روش PID Tuning :

روش دیگر تنظیم کنترل کننده روش PID Tuning می باشد که مناسب کنترل کننده های PID می باشد. با انتخاب این روش صفحه زیر نمایش داده می شود:

SISO Toolbox 2 (7)

در ابتدا نوع کنترل کننده P,PI,PD,PID را انتخاب کنید.
همان طور که مشخص است دو روش برای تنظیم پارامترهای کنترل کننده PID وجود دارد:
1) روش Robust response time :
این روش پارامترهای کنترل کننده را بر اساس پهنای باند و حاشیه فازی که مشخص می کنیم طوری تنظیم می کند که سیستم پایدار شود. توجه کنید که اگر گزینه Automatic را انتخاب کنید روش پهنای باند و حاشیه فاز را خود انتخاب می کند:

SISO Toolbox 2 (8)

2) روش Classical design formulas :
این روش بر اساس فرمول های کلاسیک که شامل 6 روش می شود کنترل کننده را تنظیم می کند که معروفترین این روش ها روش پاسخ پله و پاسخ فرکانسی زیگلرنیکولز می باشند:

SISO Toolbox 2 (9)
توجه کنید که پس از انتخاب هر روش گزینه Update Compensator را بزنید تا کنترل کننده تنظیم شود.

روش IMC :

روش بعدی برای تنظیم پارامترهای کنترل کننده روش IMC می باشد. این روش یک کنترل کننده تمام درجه را طوری طراحی می کند که پایداری سیستم تضمین شود. همان طور که از شکل زیر مشخص است برای طراحی کنترل کننده IMC دو پارامتر را می توان تغییر داد:

SISO Toolbox 2 (10)

در قسمت Dominant closed-loop time constant باید مقدار ثابت زمانی غالب سیستم را مشخص کنید. بطور کلی افزایش این مقدار سیستم حلقه بسته را کند می کند و آن را مقاوم تر می کند.   
بعد ازاینکه فیدبک کنترل کننده تمام درجه طراحی شد در قسمت Desired controller order می توانید با کاهش مقدارش، درجه کنترل کننده را کاهش بدهید. توجه کنید که ممکن است با کاهش درجه پایداری سیستم از دست برود.

روش LQG Synthesis :

روش بعدی روش LQG Synthesis می باشد که در این روش نیز یک کنترل کننده فیدبک تمام درجه طوری طراحی می شود که پایداری سیستم تضمین شود:

SISO Toolbox 2 (11)

همان طور که مشخص است در قسمت Controller response می توانید پاسخ کنترلر را انتخاب کنید. هرچقدر به سمت aggressive بروید پاسخ کنترلر تهاجمی تر می شود بدین معنی که اورشوت بیشتری خواهیم داشت. اگر مدل ما دقیق و متغیر قابل دستکاری دارای رنج وسیع باشد استفاده از کنترلر تهاجمی پیشنهاد می شود.  
در قسمت بعد باید میزان نویز اندازه گیری شده را مشخص کنید. اگر خروجی سیستم دارای نویز کمی می باشد به سمت Small و اگر نویز زیاد بود به سمت Large می رویم. هرچقدر به سمت نویز زیاد برویم کنترلر در مقابل نویز اندازه گیری شده مقاوم تر می شود.
در قسمت آخر نیز می توانید درجه کنترل کننده را انتخاب کنید.

روش Loop Shaping :

روش آخر تنظیم پارامترهای کنترل کننده روش Loop Shaping می باشد. این روش نیز یک کنترل کننده فیدبک پایدار ساز را طوری طراحی می کند که تا حد امکان به شکل حلقه مورد نظر شبیه شود. برای مشخص کردن شکل حلقه پهنای باند یا پاسخ فرکانسی حلقه باز را باید مشخص کرد.
برای طراحی کنترل کننده با این روش دو گزینه موجود می باشد:
1) طراحی به روش پهنای باند هدف (Target bandwidth) :

باید پهنای باند هدف مانند شکل زیر مشخص شود:

SISO Toolbox 2 (12)

2) طراحی به روش شکل حلقه هدف (Target loop shape) :

باید شکل حلقه باز هدف بصورت تابع تبدیل یا معادلات حالت و … مشخص شود:

SISO Toolbox 2 (13)

توجه کنید که پس از انتخاب هر روش حتماً گزینه Update Compensator را برنید تا پارامترهای کنترل کننده تنظیم شوند.


در قسمت بعد کنترل کننده یک موتور DC  را بوسیله این تولباکس طراحی می کنیم.

 

یک امتیازدو امتیازسه امتیازعالی بودخیلی عالی بود (2 votes, average: 5٫00 out of 5)
Loading...
Add new design requirement aggressive aggressive controller Analysis Plots Architecture Automated Tuning bandwidth Blocks Blocks and Signals Bode Classical design formulas close loop compensator Compensator Editor Control Architecture Control System Tuning control toolbox Design Requirements Dominant closed-loop time constant 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 Optimization Options Optimization-Based Tuning Optimize Compensator P PD phase margin PI PID PID tuning plant plot Robust response time Root locus Sample Time Sample Time Conversion Signals SISO Design SISO Design Task Target bandwidth Target loop shape toolbox tune tuning tuning toolbox اورشوت بلوک دیاگرام سیستم بلوک دیاگرام کلی یک سیستم بهره جبرانساز بهره، صفر و قطب برای جبرانساز بهینه سازی بود پاسخ پله زیگلرنیکولز پاسخ پله و پاسخ فرکانسی زیگلرنیکولز پاسخ فرکانسی پاسخ فرکانسی زیگلرنیکولز پهنای باند پهنای باند حلقه باز تابع پیش‌فیلتر تابع تبدیل سیستم تابع تبدیل فیدبک تابع جبرانساز تنظیم تنظیم اتوماتیک تنظیم بر اساس بهینه سازی تنظیم به روش (Loop Shaping) تنظیم به روش (LQG) تنظیم به روش کنترل مدل داخلی تنظیم کنترل کننده تنظیم کنترل کننده PID تولباکس تولباکس Control System Tuning تولباکس های نرم افزار Matlab ثابت زمانی غالب سیستم جبرانساز حاشیه فازی حلقه حلقه فیدبک رفتار سیستم روت لوکاس روش Robust response time روش پهنای باند هدف روش شکل حلقه هدف زمان جهش زمان نشت زیگلرنیکولز صفر جبرانساز صفر و قطب جبرانساز طراحی کنترل کننده فیدبک پایدارکننده قطب جبرانساز کنترل کنترل کننده کنترلر تهاجمی 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 ناپایدار نحوه تنظیم کنترل کننده نرم افزار Matlab نگهدارنده مرتبه صفر نویز نویز اندازه گیری نویز اندازه گیری شده نیکولز ورودی پله

No Comments

Leave a Comment

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


*

code