drawing9

آموزش کنترل پیشبین بر اساس مدل

در این پست آموزش کنترل پیشبین بر اساس مدل قرار داده شده است. کنترل پیش بین بر اساس مدل (Model Predictive Control یا MPC) یک استراتژی کنترل پیشرفته می باشد که برای اولین بار در سال ۱۹۸۱ در صنایع پالایشگاههای نفت برای کنترل ستون تقطیر استفاده شد. در سالهای اخیر کنترل  پیش بین بطور گسترده در بسیاری از فرایندهای صنعتی بکار گرفته شده و عملکرد مطلوبی را ارائه کرده است. کنترل پیشبین توانایی پیش بینی رخدادهای آینده و اتخاذ اعمال کنترلی متناسب با آن را دارد. کنترل کننده‌های کلاسیک و LQR توانایی پیش بینی را ندارند.  این پیشبینی با استفاده از مدل صورت می گیرد که می تواند خطی و یا غیر خطی باشد. تغییرات سیگنال کنترل با بهینه سازی تابع هدف مشخص در یک افق زمانی محدود محاسبه می شود و تنها اولین تغییر سیگنال کنترل اجرا می‌شود و محاسبه  برای تغییر بعدی تکرار می‌شود. مکانیسم فیدبک به کار  رفته باعث می شود که خطاهای پیش بینی ناشی از عدم تطبیق بین مدل و فرایند تا حدودی جبران شود. هدف  این مجموعه آموزشی معرفی  روش های مختلف طراحی کنترل پیشبین بر اساس مدل  می باشد و قابل استفاده برای دانشجویان و محققین رشته های مختلف مهندسی می باشد.


 جلسه اول: در این جلسه به معرفی استراتژی کنترل پیشبین بر اساس مدل پرداخته شده است. ابتدا کاربردهای مختلف کنترل پیشبین در زمینه های مختلف مهندسی بیان شده  و  مفهوم پیشبینی در کنترل با استفاده از یک مثال شهودی توضیح داده شده است. در ادامه ساختار و نحوه تولید سیگنال کنترلی در این روش کنترلی تشریح  و وجوه تشابه روش های مختلف کنترل پیشبین تبیین شده است. در بخش بعدی مزیتهای کنترل پیشبین نسبت به روش های کلاسیک مورد بررسی قرار گرفته است و چالشهای که در این استراتژی وجود دارد تبیین شده است. در انتها با توجه به مباحث ارائه شده روشی برای طراحی کنترل پیشبین بر اساس مدل در Excel برای یک سیستم خطی تک ورودی و تک خروجی ارائه شده که قابل تعمیم برای سیستمهای غیر خطی و چند ورودی و چند خروجی می باشد. جلسه اول در واقع آموزش کامل و ساده برای شناخت این روش و طراحی برای هر سیستم خطی و غیر خطی با محدودیتهایی سیستمی می باشد.

مدت زمان: ۶۲ دقیقه

محتوا: فایل تصویری ۷۲۰p ، فایل طراحی کنترل پیشبین با Excel و  پاورپورینت درس.

پیش نمایش جلسه اول:


جلسه دوم: در این جلسه، سیستم­های چند ورودی و چند خروجی هواپیمای بوینگ ۷۴۷ و ستون تقطیر معرفی می شود. سپس سرویس اینترنتی که یک جعبه ابزار بهینه سازی سیستمها در مقیاس بزرگ می‌باشد، خدمتتان معرفی می‌شود. با استفاده از این جعبه ابزار برای سیستمهای اشاره شده با در نظر گرفتن محدودیتهای سیستم، کنترل پیشبین بر اساس مدل طراحی و شبیه سازی انجام گرفته است. در انتهای این جلسه به بررسی تاثیر مدل در عملکرد کنترل پیشبین بر اساس مدل اشاره شده و تاثیر تخمین همزمان پارامترهای مدل در عملکرد کنترلی مورد بررسی قرار گرفته است. مباحث مطرح شده در این جلسه پیش نیاز اصلی جلسه سوم می باشد.

مدت زمان: ۷۴ دقیقه

محتوا: فایل تصویری ۷۲۰p ، کدهای طراحی کنترل پیشبین در متلب  و  پاورپورینت درس.

پیش نمایش جلسه دوم:


جلسه سوم:  مباحث این جلسه مربوط به طراحی  و شبیه سازی کنترل پیشبین غیر خطی می باشد. در انتهای این جلسه این قابلیت را بدست خواهید آورد که برای هر مدل غیر خطی که توسط شما در رشته های مختلف توسعه داده شده، تخمین بهینه پارامترهای مدل را انجام دهید و با استفاده از مدل دقیق بدست آمده کنترل پیشبین غیر خطی طراحی کنید. ابتدا مدل غیر خطی سیستم رآکتور شیمیایی (CSTR) معرفی شده و با استفاده از مباحث مطرح شده در جلسه دوم در سیمولینک متلب، کنترل پیشبین بر اساس مدل غیر خطی طراحی و شبیه سازی شده است. ساختار متفاوت ارائه شده در این روش این قابلیت را فراهم می سازد که در طول زمان شبیه سازی، سیگنالهای اغتشاش و مرجع را تغییر دهیم. در بخش بعدی این جلسه مدل غیر خطی چهار تانک معرفی شده است. سپس پارامترهای نا مشخص این مدل غیر خطی با داده های واقعی فرآیند تخمین زده شده است. روش ارائه شده در این بخش کلی می باشد و شما قادر خواهید بود برای هر سیستم غیر خطی با داده های واقعی بهترین پارامترهای ممکن را تخمین بزنید. سپس برای مدل اصلاح شده، کنترل پیشبین غیر خطی طراحی شده است. در انتهای با بررسی مقالات روز دنیا نحوه ارائه مقاله با این ابزارها ارائه شده است.

مدت زمان: ۶۷ دقیقه

محتوا: فایل تصویری ۷۲۰p ، کدهای طراحی کنترل پیشبین در متلب و سیمولینک و  پاورپورینت درس.

پیش نمایش جلسه سوم:


جلسه چهارم:  مباحث این جلسه مربوط به طراحی  و شبیه سازی کنترل ماتریس دینامیکی (Dynamic Matix Control)   برای سیستم  رادیاتور (آب گرمکن) می باشد. DMC یکی از مشهورترین و شهودی ترین روش های طراحی کنترل پیشبین بر اساس مدل می باشد. در این روش از مدل پاسخ پله  برای پیشبینی رفتار آینده فرایند استفاده می شود. در الگوریتم ارائه شده در این جلسه تاثیر اغتشاش غیر قابل اندازه گیری در طراحی کنترل کننده لحاظ گردیده است. بنابراین کنترل کننده نسبت به عدم انطباق بین مدل و فرایند تا حدودی مقاوم می باشد. 

مدت زمان: ۶۲ دقیقه

محتوا: فایل تصویری ۷۲۰p ، کدهای طراحی کنترل ماتریس دینامیکی و  پاورپورینت درس.

پیش نمایش جلسه چهارم:


جلسه پنجم:  مباحث این جلسه مربوط به طراحی  و شبیه سازی کنترل پیشبین دارای پیشخور می باشد. در کنترل پیشبین بر اساس مدل اگر  اغتشاش قابل اندازه گیری و مدل اغتشاش مشخص باشد، کنترل پیشبین دارای ماهیت ذاتی پیش خور می باشد. در این جلسه  نحوه وارد کردن اغتشاش قابل اندازه گیری در طراحی کنترل ماتریس دینامیکی مطرح می شود. سپس در نرم افزار متلب با طراحی کنترل کننده پیشبین برای فرایند رادیاتور  تاثیر اغتشاش قابل انداره گیری و غیر قابل اندازه گیری مقایسه شده است. همچنین مباحث مربوط به نویز سنسور و اغتشاش در ورودی و اشباع عملگر شبیه سازی و تاثیر آنها در عملکرد کنترل کننده مورد بررسی قرار گرفته است. در بخش انتهایی نحوه تنظیم بهینه پارامترها در کنترل پیشبین ارائه شده و بر روی یک سیستم تاخیر دار، مورد بررسی قرار گرفته است.

مدت زمان: ۵۳ دقیقه

محتوا: فایل تصویری ۷۲۰p ، کدهای طراحی کنترل ماتریس دینامیکی دارای پیشخور، همراه با تنظیم بهینه پارامترها در متلب و  پاورپورینت درس.

پیش نمایش جلسه  پنجم:


جلسه ششم:  مباحث این جلسه مربوط به طراحی  و شبیه سازی کنترل پیشبین  تطبیقی برای سیستم شدیدا غیر خطی مبدل DC به AC می باشد. کنترل پیشبین خطی برای سیستم غیر خطی در نقطه کار عملکرد مطلوب ارائه می کند که با تغییر شرایط عملکرد کنترلی تحت تاثیر واقع می شود. کنترل پیشبین تطبیقی ارائه شده در این جلسه با تغییر شرایط فرآیند، تغییر می کند تا عملکرد کنترلی مطلوبی بدست آید.

مدت زمان: ۳۵ دقیقه

محتوا: فایل تصویری ۷۲۰p ، کدهای طراحی کنترل پیشبین تطبیقی در متلب و  پاورپورینت درس.

پیش نمایش جلسه  ششم:


۱۲ نظر

  1. @پویا,
    شما می توانید در چند مرحله r را تعریف کنید. بطوریکه از زمان ۳۰ به بعد مقدار مورد نظر خود را در خانه ۳۱ قرار دهید و تا زمان مورد نظر آن را ادامه دهید. بصورت دستی هم می توانید وارد کنید. در نهایت هموار سازی را بر روی ستون تعریف شده، r اعمال کنید. برای اطلاعات بیشتر به سایتهای آموزش excel مراجعه فرمایید.

    [پاسخ]

  2. سلام استاد..مرسی از آموزش فوق العاده تون…من جلسه ی اول رو نگاه کردم و خواستم برای مدل خودم کنترل کننده ی پیش بین طراحی کنم…اما داستان اینجاست که ورودی مرجع مدل من چند پله ای هست…باید چیکار کنم. کدی که توی متلب می نوشتم به صورت زیر بود. در حالی که الان نمیدونم توی اکسل باید چیکار کنم؟
    t=0:0.15:120;
    r=((4*(t>0))+(1.8*(t>20))-(1.8*(t>40))-(3.5*(t>60)))+(3*(t>80))-(1.5*(t>100));
    plot(t,r)
    آیا باید زمانی رو که شما تا ۳۰ قرار دادید من تا ۱۳۰ قرار بدم؟ چطوری باید بگم که ورودی به در هر بازه یt یک مقدار داره؟
    متشکرم از راهنمایی تون

    [پاسخ]

  3. سلام. من هنوز این آموزش رو خریداری نکردم…میخوام ببینم در حوزه ی پیوسه کنترلر طراحی میشه یا گسسته؟ طراحی توی حوزه ی گسسته رو تا حدودی باهاش آشنایی دارم اما دشواری های خاص خودش رو داره…رو این حساب خواستم سراغ حوزه ی پیوسته برم.ممنون میشم راهنمایی ام کنید

    [پاسخ]

  4. @علی وداد,
    با تشکر از نظر جنابعالی، هدف ما ارائه مطالب بصورت ساده و دقیق خدمت شما دوستان عزیز می باشد. و هر مطلبی که مفاهیم را بدرستی ارائه کند را انتخاب می کنیم. به همین جهت بخش هایی از ویکیپدیا را در بخش معرفی استفاده کرده ایم. در ضمن مطالب این دوره اموزشی از مراجع معتبر بین المللی انتخاب شده و ما تنها به زبان ساده و طبقه بندی شده خدمتتان ارائه می کنیم. به همین جهت ضرورتی بر ارجاع به مراجع نمی باشد.

    [پاسخ]

  5. سلام استاد
    اول این که ممنون از آموزش جدید
    اما شما قبلا قول داده بودید که کنترل بازگشت به عقب رو آماده می کنید با گذشت دو ماه حالا این آموزش رو قرار دادید؟
    واسه شما که کاری نداره اون آموزش رو هم رو سایت بذارید
    ممنون

    [پاسخ]

    مدیر سایت پاسخ در تاريخ دی ۲ام, ۱۳۹۵ ۵:۴۳ ب.ظ:

    @امیرحسین,
    سلام مهندس
    عرض به خدمت شما که اول باید بگم این مجموعه پیش بین یک مجموعه “بی نظیر” هستش و هرکسی نمیتونه این موضوع رو تدریس کنه
    دوم اینکه حق با شماست. نشد گام به عقب رو بگم اینم به خاطر این بود که پروپوزالم عقب افتاد و مجبور شدم روی پروپووزالم وقت بذارم. انشاالله بعد از تصویب پروپوزالم بازم به میادین بر میگردم
    سپاس

    [پاسخ]

یک پاسخ بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *