کنترل سرعت موتور DC با کنترل کننده PD و منطق فازی در SIMULINK

شما خوانندگان گرامی در این مقاله در فصل اول با مختصری از سیستم­های کنترل آشنا خواهید شد و در فصل دوم به توضیح در مورد کاربرد­ها و ویژگی­های منطق فازی همراه با مثال­های گوناگون می­پردازد و در فصل سوم با نحوه طراحی یک کنترل کننده PD با منطق فازی، با توجه به ساختار و عملکرد موتور DC را می­آموزید و در فصل چهارم مدل سازی موتور DC با استفاده از کنترل کننده PD فازی را در محیط سیمولینک در نرم افزار MATLAB  را فرا می­گیرید.

کنترل­های فازی چند سالی است که کاربردهای مناسبی در صنعت و لوازم خانگی پیدا کرده­اند. در این مقاله سعی بر آن شده است تا به قسمتی دیگر از کاربردهای منطق فازی در موتور­هایDC پرداخته شود. موتورهایDC از اولین موتورهای الکتریکی در صنعت بوده ­اند که به واسطه سهولت کنترل سرعت آن­ها، در توان­های چند وات تا چندین هزار کیلووات و با رنج وسیع ولتاژ و در سرعت­های نامی مختلف شناخته شده ­اند. روش­های ارائه شده برای کنترل سرعت موتورهای DC به طور کلی به سه دسته تقسیم می­شوند.

کنترل سرعت موتورهای DC

• روشهای کلاسیک مثل استفاده از کنترل کننده ­های PID,PD
• روشهای مدرن (تطبیقی، بهینه و….)
• روشهای هوشمند مثل کاربرد تئوری فازی و شبکه­ های عصبی

هدف اين مقاله ارائه روشي جهت كنترل هوشمند، کلاسیک سرعت موتور DC 12 ولتی ، با استفاده از منطق فازی و کنترل کننده PD  مي­باشد. روش پيشنهادي با استفاده از نرم افزار  MATLABو در محيط  Simulink با شبيه سازي يك موتور  DC اجرا ، و حالتهاي مختلف آن بررسي می­شود.

مشخصات سيستمهاي كنترل

هر سيستم كنترل داراي سه بخش است:

• ورودي
• پردازش
• خروجي

بخش ورودي وضعيت فرايند و ورودي­ هاي كنترلي اپراتور را تعيين كرده و مي­خواند بخش پردازش با توجه به ورودي ­ها، پاسخ ­ها و خروجي­‌هاي لازم را مي سازد و بخش خروجي فرمان­‌هاي توليد شده را به فرايند اعمال مي­كند. در كارخانه غير اتوماتيك بخش پردازش را اپراتورها انجام مي دهند. اپراتور با مشاهده وضعيت فرايند، به طور دستي فرامين لازم را به فرايند اعمال مي­كند.

انواع كنترلر ها

كنترلر مغز متفكر يك پردازش صنعتي است و تمامي فراميني را كه يك متخصص در نظر دارد اعمال كند تا پروسه، جريان استاندارد خود را در پيش گيرد و نهايتا پاسخ مطلوب حاصل شود از طريق كنترلر به سيستم فهمانده مي شود. در واقع هرگاه پروسه‌­هاي صنعتي به تنهايي و بدون استفاده از كنترل كننده در حلقه كنترل قرار گيرند معمولا پاسخ‌­هاي مطلوبي را به لحاظ ويژگي‌­هاي گذرا يا ماندگار نخواهند داشت. بنابراين انتخاب و برنامه ريزي يك كنترلر مناسب از مهمترين مراحل يك پروسه صنعتي است. انتخاب كنترلر با توجه به درجه اهميت پاسخ گذرا يا ماندگار و يا هردو و همچنين ملاحظات اقتصادي ويژه صورت مي­پذيرد.

يك كنترلر چگونه عمل مي كند؟ در ابتدا سيگنال خروجي از سنسور وارد كنترلر مي شود و با مقدار مبنا مقايسه مي­گردد و نتيجه مقايسه كه همان سيگنال خطا مي­باشد، معمولا در داخل كنترلر هم تقويت شده و هم بسته به نوع كنترلر و پارامترهاي مورد نظر، عملياتي خاص روي آن انجام مي­گيرد سپس حاصل اين عمليات به عنوان سيگنال خروجي كنترل كننده به بلوك بعدي وارد مي شود.  مقايسه سيگنال‌ها و تقويت اوليه در همه كنترلر ها صرف نظر از نوع آنها انجام مي­گيرد، در واقع اين عمليات بعدي است كه نوع كنترلر را مشخص مي كند.

كنترلر تناسبي – مشتق گير(PD)

كنترلر  PDاز تركيب موازي دو نوع كنترلر مشتق گير و تناسبی ايجاد مي شود.كنترلر مشتق گيرداراي اين مشخصه است كه خود را سريعا با تغييرات ورودي هماهنگ مي­كنند .لذا در مواردي كه پاسخ سريع خروجي مد نظر است مي­توان از اين نوع كنترلر ها استفاده كرد اما از آنجايي كه عمل مشتق گيري باعث تقويت نويزهاي موجود در محيط پروسه مي­شوند و به علاوه مشتق گيرها تنها نسبت به تغييرات ورودي حساسيت نشان مي­دهند بنابراين مشتق گيرها به تنهايي مورد استفاده قرار نمي­گيرند بلكه هرگاه نياز به خاصيت مشتق گيري در يك پروسه باشد، كنترلر آن را به صورت مشتق گير_تناسبي يا مشتق گير_انتگرالي يا مشتق گير_تناسبي _انتگرالي مي­سازند.

ساختار کلی موتور DC مورد بحث

ساختار کلی موتور DC مورد استفاده یک سیستم دو ورودی، یک خروجی است که دو ورودی آن مقدار سرعت موتور DCو رنج تغییرات سرعت موتور DC می­‌باشد و خروجی نیز ولتاژ موتور DC می­باشد. همانطور که قبلا گفته شد سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ آن است و حداکثر ولتاژی که در این مقاله بر روی موتور می­توان قرار داد، برابر12 ولت در نظر می­گیریم و همینطور فرض می­کنیم، با اعمال ولتاژ مثبت به موتور، موتور به صورت راستگرد می­چرخد. موارد فوق را می توان در تعدادی قاعده اگر- آنگاه فازی برای ساخت یک سیستم فازی خلاصه کرد.

پس با توجه به ساختار یک موتورDC خواهیم داشت

• سرعت موتور DC وابسته به ولتاژ و گشتاور آن وابسته به جریان است.
• حداکثر ولتاژی که بر روی موتور می­توان قرار داد، برابر با 12 ولت است.
• با اعمال ولتاژ مثبت به موتور، موتور به صورت راستگرد می­چرخد.
• با اعمال ولتاژ صفر به موتور، موتور درجا می­ایستد.
• با اعمال ولتاژ منفی به موتور، موتور به صورت چپ گرد می­چرخد.

شما نیز از قسمت تماس با ما میتوانید مقالات خودتان را برای انتشار در وبسایت میکرو دیزاینر الکترونیک ارسال نمایید.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.