پایان نامه ارشد برق طراحی کنترل کننده LQR برای سیستم های غیرخطی و بررسی عوامل غیرخطی در عملکرد آن

اختصاصی از سورنا فایل پایان نامه ارشد برق طراحی کنترل کننده LQR برای سیستم های غیرخطی و بررسی عوامل غیرخطی در عملکرد آن دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

چکیده

در این پژوهش ابتدا میزان مطلوبیت عملکرد کنترل کننده LQR برای فرایند CSTR در نقاط کار مختلف توسط معیار PSM (اندازه گیری حساسیت عملکرد) محاسبه می شود، سپس با شبیه سازی سیستم حلقه بسته در نقاط کار مختلف، نتایج به دست آمده، تائید می شود و در مرحله بعد، برای یک نقطه کار مشخص با تغییر ضرایب وزنی LQR، تغییرات PSM بررسی می شود. نقطه کمینه PSM به ازای تغییرات نسبت ضرایب وزنی محاسبه شده و نشان داده می شود که برخلاف انتظار عملکرد LQR در این نقطه به هیچ عنوان مطلوب نبوده بلکه با کوچک شدن بردار بهره پسخور سیستم به صورت حلقه باز عمل می کند. برای بررسی نتایج PSM با تغییرات نسبت ضرایب وزنی، معیاری به نام فاصله نسبی (Dr) تعریف می شود. این معیار که مستقیما با شبیه سازی حلقه بسته به دست می آید، با تغییرات نسبت ضرایب وزنی محاسبه شده و با مقایسه نتایج به دست آمده با تغییرات PSM به ازای تغییرات نسبت ضرایب وزنی عدم کارایی معیار PSM با تغییرات ضرایب وزن در کنترل کننده LQR به خوبی نشان داده شده است.

مقدمه

کنترل سیستم های خطی به طور وسیع بررسی شده و مجموعه ای از ابزارها، برای تحلیل، فرابینی، بهینه سازی و کنترل آنها، به خوبی مشخص شده است. به این منظور، فرایند کنترل مهندسی با متمرکز کردن بر سیستم خطی، حل دامنه وسیعی از مسائل کنترلی را ارائه می دهد. متاسفانه، حقیقت این است که فرایندهای محدودی خطی هستند، و از اینرو تاثیر استفاده از استراتژی کنترل خطی باید تحقیق شده باشد. استراتژی کنترل غیرخطی پیشرفت عظیمی داشته و پذیرش بیشتری شده. هرچند پیاده سازی آنها توسط درجه مهمی از سفسطه ریاضی یا نیاز محاسباتی ممانعت شده است. از اینرو تقریب های خطی محلی سیستم غیرخطی، اغلب برای گسترش دادن قانون کنترل به کار می رود. به منظور آزمایش تاثیر این نگرش، یک شاخص از اندازه گیری تاثیر فرایند غیرخطی در عملکرد کنترل خطی ارائه می شود.

با توجه به مطالب بیان شده، پیدا کردن روش هایی که بتوان به واسطه آن، از صحت عملکرد کنترل کننده خطی، اطمینان حاصل کرد، حایز اهمیت است. همچنین افزایش صحت عملکرد کنترل کننده های خطی برای سیستم های غیرخطی جزء روش های جذاب تحقیق می باشد.

در این پژوهش قصد داریم براساس کارهای جدید انجام شده در مورد کنترل کننده های LQR روشی ارائه دهیم که در آن پارامترهای آزاد این کنترل کننده به قسمی طراحی می شوند که اثر نامطلوب غیرخطی بودن سیستم بروی فرایند کنترل کاهش یابد.

در فصل اول، هدف از پژوهش و پیشینه تحقیق، همراه با روش کار و تحقیق بیان شده است. در فصل دوم، روش LQR و کاربرد آن در سیستم های غیرخطی معرفی شده است، در فصل سوم، روش LQR با استفاده از معیار PSM برای یک سیستم حقیقی (CSTR) شبیه سازی شده و معیار جدیدی به نام Dr(Relative Distance معرفی می شود، در فصل چهارم نتایج شبیه سازی ارائه شده و در فصل پنجم نتایج و پیشنهادات برای ادامه کار بررسی می شود.

فصل اول: کلیات

موضوع کنترل غیرخطی تحلیل و طراحی سیستم های کنترل غیرخطی را بررسی می کند. به طور مثال، سیستم های کنترل غیرخطی ای که حداقل یک مولفه غیرخطی دارند. در تحلیل فرض می شود که سیستم حلقه بسته غیرخطی طراحی شده است، و مایلیم مشخصات رفتاری این سیستم را تعیین کنیم. در طراحی فرض بر این است که یک سیستم غیرخطی را بایستی کنترل کنیم که برخی از مشخصات رفتار سیستم حلقه بسته آن را داده اند و از ما می خواهند که کنترل کننده ایی بسازیم که سیستم حلقه بسته مطلوب را داشته باشد. در عمل، البته موضوع های طراحی و تحلیل بهم وابسته اند، زیرا در طراحی سیستم کنترل غیرخطی معمولا ضروری است که از فرایند تکراری تحلیل و طراحی استفاده کنیم.

2-1 چرا کنترل غیرخطی؟

کنترل غیرخطی موضوعی جا افتاده با روش های متنوع و توانا و تاریخی طولانی در کاربردهای موفق صنعتی است. بنابراین، طبیعی است تعجب کنیم چرا این همه محقق و طراح در زمینه های مختلف چون کنترل هواپیما و فضاپیما، روباتیک، کنترل فرایند و مهندسی زیست پزشکی به تازگی علاقه جدی نسبت به توسعه و کاربرد روش های کنترل غیرخطی نشان داده اند. دلایل متعددی را برای چنین علاقمندی می توان ارائه داد.

1-2-1- اصلاح سیستم های کنترل موجود

روش های کنترل خطی بر پایه فرض اصلی عملکرد در محدوده کوچک برای مدل خطی بنا نهاده شده است. هنگامی که محدوده عملکرد مورد نیاز وسیع است، کنترل کننده خطی محتملا عملکرد ضعیفی و یا ناپایدار دارد، زیرا اثرات غیرخطی قادر است به طور مستقیم اثرات غیرخطی در دامنه وسیع را پاسخگو باشد. این نکته به سادگی در مسائل کنترل حرکت ربات نمایش داده می شود. زمانی که کنترل کننده خطی برای حرکت ربات به کار گرفته می شود، نیروهای غیرخطی وابسته به حرکت بازوهای ربات را نادیده می گیرد. بنابراین دقت کنترل کننده به شدت با افزایش سرعت حرکت کم می شود، زیرا بسیاری از نیروهای دینامیکی نظیر نیروهای کوریولیس و مرکزگرا، با مجذور سرعت تغییر می یابند. در نتیجه برای حصول دقت لازم از قبل تعیین شده در عملکردهای ربات نظیر برداشتن و گذاردن، جوشکاری قوسی و برش لیزری، لازم است سرعت ربات و در نتیجه میزان تولید را پایین نگه داریم.

2-2-1- تحلیل غیرخطی های سخت

فرض دیگر کنترل خطی آن است که مدل سیستم واقعا قابل خطی سازی باشد. در حالی که در سیستم های کنترل عوامل غیرخطی بسیاری وجود دارد که طبیعت ناپیوسته آنها اجازه تقریب خطی را به ما نمی دهد. این موارد به اصطلاح “عوامل غیرخطی سخت” مشتمل بر اصطکاک کولومبی، اشباع، ناحیه مرده، لقی و پسماند، غالبا در مهندسی کنترل یافت می شوند. اثرات این ها را نمی توان با روش های خطی به دست آورد و باید تکنیک های تحلیل غیرخطی به کار برده شود تا بر آن مبنا بتوان عملکرد سیستم را در حضور این عوامل غیرخطی ذاتی پیش بینی نمود. از قبیل ناپایداری و یا چرخه های حدی کاذب که آثار این ها هم پیش بینی و هم به طور مناسب جبران می شوند.

تعداد صفحه : 145

پایان نامه ارشد برق طراحی کنترل کننده PID و شبه PID در یک ناحیه پایداری مطلوب با استفاده از روش جایابی قطب

اختصاصی از سورنا فایل پایان نامه ارشد برق طراحی کنترل کننده PID و شبه PID در یک ناحیه پایداری مطلوب با استفاده از روش جایابی قطب دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

چکیده:

کنترل کننده PID یکی از قدیمی ترین استراتژی های کنترل می باشد و قبل از پیاده سازی دیجیتالی امروزی میکروپرسسورها، روی ابزار پنوماتیکی پیاده سازی شد. این کنترل کننده ساختار ساده ای دارد و درک عملکرد و یافتن روابط تنظیم برای آن ساده می باشد، از این رو بسیاری از سیستم های کنترل از کنترل کننده PID به طور رضایت بخش استفاده می نمایند و هنوز طیف وسیعی از پیاده سازی های کنترل صنعتی توسط این کنترل کننده صورت می پذیرد.

مطابق یک مطالعه اجمالی رفتار سیستم های کنترل، بیش از 90 درصد از حلقه های کنترلی از نوع PID بوده اند.

این پروژه، یک روش تنظیم کنترل کننده PID و شبه PID را برای سیستم های خطی تک ورودی – تک خروجی خطی تغییر ناپذیر با زمان نشان می دهد. این روش به طراح اجازه می دهد دسته ای از نواحی پایدار مطلوب را تعیین کند که برای سیستم های پایدار و ناپایدار قابل پیاده سازی و استفاده می باشد.

یکی از مزایای برجسته این روش، آن است که می تواند برای سیستم های پیوسته و گسسته مورد استفاده قرار گیرد.

در خلال فصول، روش های تنظیم کنترل کننده PID برای سیستم های غیرمتعارف مورد بررسی قرار می گیرد، که سیستم های IPDT و FOPTD از آن جمله می باشند.

همچنین، شرایط پایداری در فصلی مجزا مورد بررسی قرار می گیرد.

در پایان، روش های مختلف با یکدیگر به محک مقایسه گذاشته می شوند و بهترین روش برای داشتن بهترین عملکرد معرفی می گردد.

مقدمه

در دنیای امروز که تکنولوژی هر روز پرشتاب تر از گذشته راه می پیماید، بهینه سازی و بهره وری حداکثری مورد توجه خاص و ویژه قرار گرفته است که این مهم جزء در سایه ی کنترل مناسب فرآیند و محیط امکان پذیر نیست.

صحنه سیال و پرتلاش صنایع نیز از این قضیه کلی مستثنی نمی باشند و کنترل فرآیند در صنایع شیمیایی و پتروشیمی از اهمیت خاص و ویژه ای برخوردار است.

از دیرباز کنترل کننده های PID و شبه آن در صنایع مذکور به علل مختلف از جمله به صرفه بودن اقتصادی، سادگی در تنظیم و سادگی در اجراء از پرکاربردترین کنترل کننده ها بوده است.

در همین راستا، در این پروژه شاخص ترین و پرکاربردترین روش های مطرح در صنایع و مجامع علمی بین المللی مورد بررسی قرار گرفته اند تا تلنگری دوباره برای ایجاد اندیشه نو دیگری باشند. همان طور که استاد شریعتی می فرمایند:

«سیب باش! تا افتادنت اندیشه ای را بالا برد.»

امید است که در سایه عنایات حق تعالی و تلاش و کوشش های اساتید گرانمایه و دانشجویان ایرانی شاهد پیشرفت، تعالی و شکوفایی مستمر مجامع دانشگاهی و در عرض آن صنایع ملی باشیم.

اندیشمند بزرگ امانوئل کانت می فرماید:

«اندیشیدن را بیاموز، نه اندیشه ها را.»

فصل اول:

رهیافت های طراحی کنترل کننده PID

کنترل کننده PID (تناسبی – انتگرالی – مشتقی) یکی از قدیمی ترین استراتژی های کنترل است، و ابتدا روی ابزار پنوماتیکی براساس حالت خلاء و جامد الکترونیک آنالوگ، قبل از رسیدن به پیاده سازی دیجیتالی امروزی پیاده سازی شد. این روش ساختار کنترلی ساده ای دارد که یافتن روابط حاکم بر ساختار سیستم و پی بردن به عملکرد سیستم را به منظور تنظیم آن راحت می نماید. از آنجایی که بسیاری از سیستم های کنترل از کنترل کننده PID استفاده می کنند و عملکرد رضایت بخشی دارند، هنوز طیف وسیعی از پیاده سازی های کنترل صنعتی توسط آن انجام می پذیرند.

در کنترل سیستم های دینامیک هیچ کنترل کننده ای از موفقیت و ناکامی کنترل کننده PID برخوردار نیست. در همه تکنیک های طراحی کنترل، کنترل کننده PID به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

برطبق یک مطالعه اجمالی که در سال 1989 بر روی رفتارهای سیستم های کنترل صورت گرفت نشان می دهد بیش از 90% حلقه های کنترلی از نوع PID بوده اند. کنترل کننده PID یک عنوان تحقیقی فعال از سال های دور تاکنون بوده است و تا زمانی که فرآیندهای سیستم های کنترل شده توسط کنترل کننده PID دینامیک های مشابهی دارند، یک تنظیم پارامترهای کنترل کننده توسط اطلاعات سیستم می تواند نتیجه رضایتبخش تری داشته باشد نسبت به هنگامی که مدل ریاضی کامل سیستم در اختیار است، و این امر بدان سبب است که تنظیم مطلوب پارامترها با هزینه کمتر و سهولت بیشتری به دست می آید.

دو روش بسیار معروف برای تنظیم پارامترهای کنترل کننده PID عبارتند از:

– منحنی پاسخ پله تجربی

– آزمایش تکرار شونده حلقه بسته تحت کنترل کننده تناسبی حوله نقطه عملکرد نامی

در این بخش، چندین تکنیک مفید طراحی کنترل کننده PID نشان داده می شود.

تعداد صفحه : 156

پرسشنامه وفاداری مصرف کننده به برند

اختصاصی از سورنا فایل پرسشنامه وفاداری مصرف کننده به برند دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

پایان نامه کنترل کننده چهار کاناله با خط تلفن جهت خاموش و روشن کردن وسایل برقی

اختصاصی از سورنا فایل پایان نامه کنترل کننده چهار کاناله با خط تلفن جهت خاموش و روشن کردن وسایل برقی دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

فصل اول : مقدمه
1-1 کلیات............................................................................................................................................................................................1
1-2 تاریخچه میکروکنترلرها 2
1-3 معرفی میکروکنترلرها 3
1-4 بخشهای مختلف میکروکنترلر 3
1-5 برنامه ریزی یک میکروکنترلر 3
1-6 کارآیی میکرو کنترلرها 3
1-7 معایب و مزایای میکروکنترلر های مختلف نسبت به هم 4
1-8 مزایای میکرو کنترلر نسبت به مدار های منطقی 6
فصل دوم : نرم افزار
بخش اول : دستورات برنامه نویسی بیسیک در محیط بسکام در ارتباط با پروژه 8
2-1 توضیح مختصرى درباره زبان برنامه نویسى Basic 8
2-2 استفاده از پورت ها در محیط بسکام 8
2-3 دستورات مربوط به پورت ها 9
2-4 دستورات تاخیر 9
2-5 دستورات حلقه وپرش 10
2-6 روشن کردن و خاموش کردن led ها 11
2-7 اعداد و متغییر ها در بسکام 11
2-8 دستور CONST 12
2-9 دستور ALIAS 13
2-10 دستور INSTR 13
2-11 دستور INCR و دستور DECR 13
2-12 دستور LEN 13
2-13 دستور while-wend 14
2-14 دستور IF 14
2-15 زیر برنامه ها و فراخوانی توابع 18
بخش دوم : 18
2-16 بررسی خط تلفن شهری 18
2-17 سرویس خط تلفن شهری ((PSTN 18
2-18 نحوه شماره گیری 21
2-19 آشکار سازی زنگ و اشغال خط 21
2-20 شمای کلی مدار 22

فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
بخش سوم : 24
2-21 برنامه استفاده شده در آی سی پروژه 24
فصل سوم : سخت افزار
بخش اول : 41
3-1 آشنایی با AVR 41
3-2 خانواده AVR 43
3-3 واژگان کلیدی AVR 43
3-4 آی سی ATmega8 44
3-5 ویژگی های منحصر به فرد میکروکنترولر 46
3-6 توصیف پایه های آی سی ATmega8 46
3-7 ALU واحد محاسبه و منطق 49
3-8 ثبات وضعیت 49
3-9 اشاره گر پشته 50
3-10 زمان بندی اجرای دستورالعملها 51
3-11 اداره کردن ریست و وقفه 51
3-12 زمان پاسخ گویی به وقفه 52
3-13 حافظه های AVR ATmega8 53
3-14 حافظه داده SRAM 54
3-15 حافظه داده EEPROM 54
3-16 نوشتن و خواندن EEPROM 54
3-17 جلوگیری از اختلال در EEPROM 58
3-18 حافظه I/O 58
3-19 منابع کلاک 59
3-20 نوسانساز کریستالی 59
3-21 نوسانساز کریستالی فرکانس پایین 60
3-22 نوسانساز با RC خارجی 60
3-23 نوسانساز کالیبره شده با RC داخلی 61
3-24 کلاک خارجی 61
3-25 اسیلاتور تایمر/ شمارنده 61
3-26 حالت کاهش نویز ADC 62
3-27 حالت Power- down 62
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه
3-28 حالت Power – Save 63
3-29 حالت Standby 63
3-30 حالت Extended Standby 63
3-31 حداقل کردن توان مصرفی 64
3-32 مبدل آنالوگ به دیجیتال 64
3-33 مقایسه گر آنالوگ 64
3-34 آشکار ساز Brown- out 64
3-35 ولتاژ مرجع درونی 65
3-36 تایمر Watchdog 65
3-37 پینهای پورت 65
3-38 کنترل کننده سیستم و ریست 66
3-38-1 ریست کردن AVR 66
3-38-2 منابع ریست 66
3-39 نمای ظاهری انواع آی سی ATmega8 67
3-40 پایه های انواع آی سی ATmega8 68
3-41 ساختمان داخلی آی سی ATmega8 69
بخش دوم : 70
3-42 سخت افزار مدار سیگنال زنگ 70
3-43 سخت افزار پروژه 72
3-44 کنترل وسایل برقی با استفاده از خط تلفن 74
3-45 شماتیک کامل مدار پروژه 75
3-46 تحلیل قسمت منبع تغذیه پروژه 77
3-47 تحلیل مدار آشکارساز زنگ 77
3-48 تحلیل رله استفاده شده در مدار آشکار ساز زنگ 79
3-49 تحلیل المان های متصل به دی کدر MT8870DC 80
3-50 تحلیل المان های متصل به آی سی پروژه 81
بخش سوم : 82
3-51 فرم PCB مدار پروژه 82
3-52 شماتیک کامل مدار پروژه 83
3-53 نمایی ظاهری پروژه 84
فصل چهارم :
خلاصه و نتیجه گیری 86
فهرست مطالب
عنوان شماره صفحه

منابع و مرجع 87
پیوست .................................................................................................................................................................................................................................88
پیوست الف ........................................................................................................................................................................................88
پیوست ب ..........................................................................................................................................................................................93
پیوست ج ...........................................................................................................................................................................................99

دانلود پایان نامه استفاده از پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) جهت بهبود میرایی نوسانات با فرکانس کم سیستم

اختصاصی از سورنا فایل دانلود پایان نامه استفاده از پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) جهت بهبود میرایی نوسانات با فرکانس کم سیستم دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

استفاده از پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) جهت بهبود میرایی نوسانات با فرکانس کم سیستم

لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*

فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)

تعداد صفحه:151

فهرست مطالب :

چکیده

فصل اول – مقدمه

1-1- پیشگفتار.................................................................... 4

1-2- رئوس مطالب ................................................................. 7

1-3- تاریخچه ............................................................. 9

فصل دوم : پایداری دینامیکی سیستم های قدرت

2-1- پایداری دینامیکی سیستم های قدرت....................................... 16

2-2- نوسانات با فرکانس کم در سیستم های قدرت ........................... 17

2-3- مدلسازی سیستمهای قدرت تک ماشینه ....................................... 18

2-4- طراحی پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) ...................... 23

2-5- مدلسازی سیستم قدرت چند ماشینه....................................... 27

فصل سوم: کنترل مقاوم

3-1-کنترل مقاوم .............................................................30

3-2- مسئله کنترل مقاوم..................................................... 31

3-2-1- مدل سیستم......................................................... 31

3-2-2- عدم قطعیت در مدلسازی.................................................... 32

3-3- تاریخچه کنترل مقاوم......................................................... 37

3-3-1- سیر پیشرفت تئوری................................................... 37

3-3-2- معرفی شاخه های کنترل مقاوم........................................ 39

3-4- طراحی کنترل کننده های مقاوم برای خانواده ای از توابع انتقال ................. 45

3-4-1- بیان مسئله............................................................ 45

3-4-2- تعاریف و مقدمات...................................................... 46

3-4-4-‌‌‌تبدیل مسئله پایدارپذیری مقاوم به‌یک مسئله Nevanlinna–Pick ........ 50

3-4-5- طراحی کنترل کننده................................................. 53

3-5- پایدار سازی مقاوم سیستم های بازه ای ...................................... 55

3-5-1- مقدمه و تعاریف لازم......................................................... 55

2-5-3- پایداری مقاوم سیستم های بازه ای....................................... 59

3-5-3- طراحی پایدار کننده های مقاوم مرتبه بالا................................. 64

فصل چهارم : طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت

4-1- طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت ............................ 67

4-2- طراحی پایدار کننده های مقاوم به روش Nevanlinna – Pick ............... 69

برای سیستم های قدرت تک ماشینه ...................................... 69

4-2-1- مدل سیستم........................................................ 69

4-2-2- طرح یک مثال............................................. 71

4-2-3 – طراحی پایدار کننده مقاوم به روش Nevanlinna – Pick................. 73

4-2-2- بررسی نتایج....................................................... 77

4-2-5- نقدی بر مقاله........................................................... 78

4-3- بررسی پایداری دینامیکی یک سیستم قدرت چند ماشینه ................... 83

4-3-1- مدل فضای حالت سیستم های قدرت چند ماشینه................. 83

4-3-2- مشخصات یک سیستم چند ماشینه................................. 86

4-3-3-طراحی پایدار کننده های سیستم قدرت................................. 90

4-3-4- پاسخ سیستم به ورودی پله................................................. 93

4-4- طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت چند ماشینه ......... 95

4-4-1- اثر تغییر پارامترهای بر پایداری دینامیکی................................................. 95

4-4-2- مدلسازی تغییر پارامترها به کمک سیستم های بازه ای............................ 101

4-4-3-پایدارسازی مجموعه‌ای ازتوابع انتقال به کمک تکنیک‌های‌بهینه سازی........ 105

4-4-4- استفاده از روش Kharitonov در پایدار سازی مقاوم............................ 106

4-4-5- استفاده از یک شرط کافی در پایدار سازی مقاوم..................................... 110

4-5- طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم قدرت چندماشینه (2)............. 110

4-5-1- جمع بندی مطالب....................................... 110

4-5-2-طراحی پایدار کننده های‌مقاوم بر اساس مجموعه‌ای از نقاط کار.............. 111

4-5-3- مقایسه عملکرد PSS کلاسیک با کنترل کننده های جدید................ 113

4-5-4- نتیجه گیری......................................................... 115

فصل پنجم : استفاده از ورش طراحی جدید در حل چند مسئله

5-1- استفاده از ورش طراحی جدید در حل چند مسئله ...................................... 121

5-2- طراحی PSS‌های مقاوم به منظور هماهنگ سازی PSS ها ....................... 122

5-2-1- تداخل PSS‌ها ...................................................... 122

5-2-2- بررسی مسئله تداخل PSS‌ها در یک سیستم قدرت سه ماشینه .............. 124

5-2-3- استفاده از روش طراحی بر اساس چند نقطه کار در هماهنگ ...................... 126

انتخاب مجموعه مدلهای طراحی ................................. 127

5-2-4-‌مقایسه‌عملکرد دو نوع پایدار کننده به کمک شبیه سازی کامپیوتری.......... 130

5-3- طراحی کنترل کننده های بهینه ( فیدبک حالت ) قابل اطمینان برای سیستم قدرت     132

5-3-1) طراحی کننده فیدبک حالت بهینه ..................................... 132

تنظیم کننده های خطی ............................................... 133

5-3-2-کاربرد کنترل بهینه در پایدار سازی سیستم های قدرت چند ماشینه......... 134

5-3-3-طراحی کنترل بهینه بر اساس مجموعه‌ای از مدلهای سیستم .................... 136

5-3-4- پاسخ سیستم به ورودی پله ............................................ 140

فصل ششم : بیان نتایج

6-1- بیان نتایج .................................................... 144

6-2- پیشنهاد برای تحقیقات بیشتر............................................ 147

مراجع............................................................ 148

ضمیمه الف – معادلات دینامیکی ماشین سنکرون............................... 154

ضمیمه ب – ضرایب K1 تا K6 .................................................. 156

ضمیمه پ – برنامه ریزی غیر خطی.................................................. 158

چکیده :

توسعه شبکه های قدرت نوسانات خود به خودی با فرکانس کم را، در سیستم به همراه داشته است. بروز اغتشاش هایی نسبتاً کوچک و ناگهانی در شبکه باعث بوجود آمدن چنین نوساناتی در سیستم می شود. در حالت عادی این نوسانات بسرعت میرا شده و دامنه نوسانات از مقدار معینی فراتر نمی رود. اما بسته به شرایط نقطه کار و مقادیر پارامترهای سیستم ممکن است این نوسانات برای مدت طولانی ادامه یافته و در بدترین حالت دامنه آنها نیز افزایش یابد. امروزه جهت بهبود میرایی نوسانات با فرکانس کم سیستم، در اغلب شبکه های قدرت پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) به کار گرفته می شود.

این پایدار کننده ها بر اساس مدل تک ماشین – شین بینهایتِ سیستم در یک نقطه کار مشخص طراحی می شوند. بنابراین ممکن است با تغییر پارامترها و یا تغیر نقطه کار شبکه، پایداری سیستم در نقطه کار جدید تهدید شود.

موضوع این پایان نامه طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت است، به قسمی که پایداری سیستم در محدوده وسیعی از تغییر پارامترها و تغییر شرایط نقطه کار تضمین شود. در این راستا ابتدا به مطالعه اثر تغییر پارامترهای بر پایداری
سیستم های قدرت تک ماشینه و چند ماشینه پرداخته می شود. سپس دو روش طراحی کنترل کننده های مقاوم تشریح شده، و در مسئله مورد مطالعه به کار گرفته می شوند. سرانجام ضمن نقد و بررسی این روش ها، یک روش جدید برای طراحی PSS ارائه می شود. در این روش مسئله طراحی پایدار کننده مقاوم به مسئله پایدار کردن
مجموعه ای از مدلهای سیستم در نقاط کار مختلف تبدیل می شود. این مسئله نیز به یک مسئله استاندارد بهینه سازی تبدیل شده و با استفاده از روش های برنامه ریزی غیر خطی حل می گردد. سرانجام کارایی روش فوق در طراحی پایدار کننده های مقاوم برای یک سیستم قدرت چند ماشینه در دو مسئله مختلف (اثر تغییر پارامترها بر پایداری دینامیکی و تداخل PSS ها) تحقیق شده و برتری آن بر روش کلاسیک به اثبات می رسد.

1-1- پیشگفتار:

افزایش روز افزون مصرف انرژی الکتریکی، توسعه سیستم های قدرت را بدنبال داشته است بطوریکه امروزه برخی از سیستم های قدرت در جغرافیایی به وسعت یک قاره گسترده شده اند. به موازات این توسعه که با مزایای متعددی همراه است، در شاخه دینامیک سیستم های قدرت نیز مانند سایر شاخه ها مسائل جدیدی مطرح شده است. از جمله این مسائل می توان به پدیده نوسانات با فرکانس کم، تشدید زیر سنکرون (SSR)، و سقوط ولتاژ اشاره کرد.

پدیده نوسانات با فرکانس کم در این میان از اهمیت ویژه ای برخوردار است و در بحث پایداری دینامیکی سیستم های قدرت مورد توجه قرار می گیرد. بروز
اغتشاش های مختلف در شبکه، انحراف سیستم از نقطه تعادل پایدار را به دنبال دارد، در چنین وضعیتی به شرط اینکه سنکرونیزم شبکه از دست نرود، سیستم با نوسانات فرکانس کم به نقطه تعادل جدید نزدیک می شود. هنگامی که یک ژنراتور به تنهایی کار می کند، نوسانات با فرکانس کم به دلیل میرایی ذاتی به شکل نسبتاً قابل قبولی میرا می شوند. اما کاربرد برخی از المان ها مانند تحریک کننده های سریع، با اثر دینامیک قسمت های مختلف شبکه ممکن است باعث تزریق میرایی منفی به شبکه شود، به طوریکه نوسانات فرکانس کم شبکه به شکل مطلوبی میرا نشده و یا حتی از میرایی منفی برخوردار شوند. بدیهی است افزایش میرایی مودهای الکترومکانیکی سیستم در چنین وضعیتی می تواند به عنوان یک راه حل مورد استفاده قرار گیرد. بر این اساس پایدار کننده های سیستم قدرت (PSS) بر اساس مدل تک ماشین – شین بینهایت طراحی شده و در محدوده وسیعی به کار گرفته می شوند. از دید تئوری کنترل، پایدار کننده های فوق در واقع یک کنترل کننده کلاسیک با تقدیم فاز[1] می باشد که بر اساس مدل خطی سیستم در یک نقطه کار مشخص طراحی می شوند.

همراه با پیشرفت های چشمگیری در تئوری سیستم ها و کنترل، روش های جدید برای طراحی پایدار کننده های سیستم قدرت ارائه شده است، که به عنوان نمونه می توان به کنترل کنده های طرح شده بر اساس تئوری های کنترل تطبیقی، کنترل مقاوم، شبکه های عصبی مصنوعی و کنترل فازی اشاره کرد [5-1]. در همه این روش ها سعی بر اینست که نقایص موجود در طراحی کلاسیک مرتفع شده به طوریکه کنترل کننده به شکل موثرتری بر پایداری سیستم و بهبود میرایی نوسانات اثر گذارد.

روش های کنترل مقاوم، که در این پایان نامه مورد توجه است به شکل جدی از اوایل دهه هشتاد (1980) مطرح شد و خود به شاخه های متعددی تقسیم می شود. قبل از هر توضیحی درباره کنترل مقاوم نخست به بیان مفهوم عدم قطعیت در مدل
می پردازیم. در کنترل کلاسیک طراحی بر اساس مدل مشخصی از سیستم صورت
می گیرد. مدل سیستم تنها یک تقریب از دینامیک های واقعی سیستم است. حذف دینامیک های سریع به منظور ساده سازی، تغییر مقادیر پارامترهای مدل به دلایل مختلف از منابع ایجاد عدم قطعیت در مدل سیستم ها می باشد. بنابراین بدلیل وجود چنین عدم قطعیت هایی در مدلسازی ، اهداف مورد نظر طراح ممکن است توسط کنترل کننده های طرح شده بر اساس مدل تحقق نیابند.

به منظور رفع این مشکل در کنترل مقاوم بر اینستکه عدم قطعیت های حائز اهمیت موجود در مدل، در طراحی کنترل کننده لحاظ شوند. معمولاً مدلسازی عدم قطعیت در اکثر شاخه های کنترل مقاوم خانواده ای از سیستم ها را بوجود می آورد، حال کنترل کننده مقاوم بایستی چنان طرح شود که برای هر یک از اعضاء این خانواده اهداف مورد نظر در طراحی برآورده شود.

موضوع این پایان نامه طراحی پایدار کننده های مقاوم برای سیستم های قدرت است، به قسمی که پایداری سیستم در محدوده وسیعی از تغییر پارامترها و تغییر شرایط نقطه کار تضمین شود. در این راستا ابتدا به مطالعه اثر تغییر پارامترها بر پایداری
سیستم های قدرت تک ماشینه و چند ماشینه پرداخته می شود. سپس دو روش طراحی کنترل کننده های مقاوم تشریح شده، و در مسئله مورد مطالعه به کار گرفته می شوند. سرانجام ضمن نقد و بررسی این روش ها، یک روش جدید برای طراحی PSS ارائه می شود. در این روش مسئله طراحی پایدار کننده مقاوم به مسئله پاردار کردن مجموعه ای از مدل های سیستم در نقاط کار مختلف تبدیل می شود. این مسئله نیز به یک مسئله استاندارد بهینه سازی تبدیل شده و با استفاده از روش های برنامه ریزی غیر خطی حل می گردد. سرانجام کارایی روش فوق در طراحی پایدار کننده های مقاوم برای یک سیستم قدرت چند ماشینه در دو مسئله مختلف (اثر تغییر پارامترها بر پایداری دینامیکی و تداخل PSS ها) تحقیق شده و برتری آن بر روش کلاسیک به اثبات می رسد.

1-2- رئوس مطالب :

بخش بعدی این فصل به بررسی تحقیقات انجام شده در زمینه طراحی پایدار
کننده های مقاوم سیستم های قدرت اختصاص داده شده است.

در فصل دوم نخست به بیان مفاهیم اساسی در پایداری دینامیکی، و تشریح پدیده نوسانات با فرکانس کم در سیستم های قدرت پرداخته می شود. مدلسازی سیستم تک ماشینه به منظور مطالعه پدیده نوسانات با فرکانس کم، و روش طراحی PSS به کمک این مدل در قسمت های بعدی این فصل صورت می گیرد. در بخش آخر فصل نیز مدلسازی سیستم های قدرت چند ماشینه و نکات مربوط به آن مورد بررسی قرار می گیرد.

در فصل سوم ابتدا صورت مسئله کنترل مقاوم به طور کامل تشریح می شود. سپس به تاریخچه کنترل مقاوم و سیر پیشرفت برخی از شاخه ای آن پرداخته می شود. در پایان فصل طی دو بخش جداگانه به توضیح روش های - Pick Nevanlinna و Kharitonov که در ادامه مورد استفاده قرار می گیرند، می پردازیم.

طراحی کنترل کننده مقاوم با استفاده از روش - Pick Kharitonov برای سیستم قدرت تکماشینه و نقد و بررسی یک مقاله در این زمینه در ابتدای فصل چهارم (بخش (4-2)) صورت می گیرد. در بخش (4-3) پس از بدست آوردن معادلات فضای حالت برای سیستم های قدرت چند ماشینه، به بررسی پایداری دینامیکی یک سیستم سه ماشینه در نقاط کار مختلف و طراحی PSS در یک نقطه کار ناپایدار می پردازیم. در بخش (4-4) اثر تغییر پارامترها بر پایداری این سیستم مطالعه شده و روش Kharitonov جهت طراحی پایدار کننده های مقاوم مورد استفاده قرار می گیرد. در بخش (4-5) به ارائه یک روش جدید که با الهام از روش Kharitonov شکل گرفته است، می پردازیم. سپس این روش به منظور طراحی یک کنترل کننده مقاوم که در محدوده وسیعی از تغییر شرایط نقطه کار پایداری سیستم را تضمین می کند، به کار گرفته می شود.

در فصل پنجم ابتدا روش فوق در حل مسئله تداخل PSS ها مورد استفاده قرار
می گیرد. سپس به طراحی کنترل کننده های فیدبک حالت بهینه بر اساس مجموعه ای از مدلهای سیستم، و پاره ای نکات در این زمینه می پردازیم.

فصل ششم نیز به یک جمع بندی کلی از پایان نامه و بیان نتایج اختصاص داده شده است.

و...

NikoFile