1-1- بیان مسئله
بکلش[2] به نوعی لقی بین قطعات متحرک مکانیکی گفته میشود که تقریباً در تمامی سیستمهای مکانیکی موجود است. از جمله این سیستمها میتوان به چرخدندهها، جعبهدندهها، قسمتهای متحرک و تا شوندهی رباتها اشاره کرد. در حالت کلی میتوان گفت در هر سیستمی که قسمت رانش[3] یا موتور بطور مستقیم به قسمت رانده شده[4] یا بار[5] متصل نباشد بکلش وجود خواهد داشت [1].
از آنجا که از طرفی پدیده بکلش در بسیاری از قطعات متحرک و ابزار مکانیکی موجود میباشد و از طرف دیگر کنترل این قطعات و ابزار حاوی بکلش از اهمیت زیادی برخوردار است، در نتیجه این موضوع حجم وسیعی از تحقیقات علمی را به خود اختصاص داده است؛ بطوری که از دهه 40 میلادی تحقیق و بررسی این پدیده غیرخطی عملاً بصورت جدی مورد توجه قرار گرفته و بسیاری از محققان بدلیل اهمیت کنترل این پدیده، کنترل بهینه قطعات و ابزار حاوی بکلش را بررسی کردهاند.
بدیهی است که کنترل دقیق بار در سیستمهایی که در آن پدیده بکلش وجود دارد، یک امر پیچیده میباشد. در کنترل سیستمهای حاوی بکلش، لحظاتی وجود دارند که فاصله بکلش[6] باز میباشد و تماس بین موتور و بار عملاً از بین میرود. این امر در دو حالت ممکن است اتفاق بیفتد: 1- زمانی که اغتشاش بر روی بار وجود دارد 2- زمانی که موتور یک چرخش تصحیحکننده در جهت خلاف حرکت بار برای کنترل آن انجام میدهد. زمانی که فاصله بکلش باز میباشد حرکت بار خودمختار[7] بوده و نیروی تولیدی توسط موتور فقط موتور را میچرخاند و هیچ تأثیری روی بار نخواهد داشت. در برداشت اول این چنین به نظر میرسد که در لحظاتی که فاصله بکلش باز میباشد، بار کنترلناپذیر میباشد ولی با استفاده از تکنیکهای کنترلی ارائه شده میتوان بار را بطور مناسبی کنترل کرد.
1-2- پیشینه تحقیق
کنترل سیستمهای بدون بکلش و سیستمهای حاوی بکلشِ درایو موتوری یا گردشی دوجرمه، موضوعی است که تقریباً از نیمه اول قرن بیستم تاکنون به آن پرداخته شده است. کنترلکنندههای P، PI و PID، کنترلکنندههای با درجه بالا[8]، کنترلکنندههای مبتنی بر متغیرهای حالت[9] و کنترلکنندههای مبتنی بر تخمینگرها[10] از جمله کنترلکنندههای خطی موجود برای کنترل این سیستمها میباشند. استفاده از پیشبارگذار[11] بعنوان یکی از روشهای بکار برده شده هم در کنترلکنندههای خطی و هم در کنترلکنندههای غیرخطی و استفاده از کنترلکنندههای فازی[12] و کنترلکنندههای سویچینگ از جمله دیگر تکنیکهای استفاده شده برای کنترل این سیستمها میباشند [1]. در ادامه ی بر تحقیقات گذشته در این زمینه انجام میشود.
1-2-1- کنترل سیستمهای بدون بکلش
برای کنترل اغلب سیستمهای مکانیکی موجود، میتوان آنها را بصورت یک سیستم چندجرمه[13] که توسط شفت[14]های انعطافپذیر یا فنرها به هم متصل شدهاند مدلسازی کرد [2]. در بسیاری از موارد میتوان سیستمهای مکانیکی را ساده کرد و آنها را با یک سیستم دوجرمه که جرم اول آن موتور و جرم دوم آن بار و شفت میباشد مدلسازی کرد. در اغلب این سیستمها شفت بدون جرم یا بدون اینرسی در نظر گرفته میشود. از جمله این سیستمها میتوان به بازوی ربات[15] [3]، [4]، [5] و ماشین غلتک [6]، [7] اشاره کرد. شماتیک کلی سیستمهای بدون بکلش در شکل 1-1 نشان داده شده است.
شکل 1-1- شماتیک کلی یک سیستم بدون بکلش
کنترل سیستمهای بدون بکلش را در حالت کلی میتوان به سه روش زیر دستهبندی کرد:
- کنترلکننده PI
- کنترلکنندههای با درجه بالا
- کنترلکنندههای غیرخطی و وفقی
استفاده از کنترلکننده PI یکی از رایجترین و پرکاربردترین کنترلکنندهها برای سیستمهای کشسان[16] بویژه برای سیستمهای دوجرمه میباشد که در [6]، [8]، [9]، [10]، [11] و [12] بکار برده شده است. کنترلکنندههای PI از نظر کیفیت دارای یک سری محدودیتهایی میباشند. بعنوان مثال، به ازای نسبتهای بزرگ ممان اینرسی بار به موتور، نمیتوان به پهنای باند مناسب حلقه بسته با کنترلکننده PI رسید [8]. اگر این نسبت خیلی کم باشد، کنترل کردن این سیستمها بسیار سخت خواهد شد [2]. بعبارت دیگر کنترل سیستمهایی که ممان اینرسی موتور و بار آنها تقریباً با هم برابر است، آسانتر میباشد. بهینه متقارن[17] یکی از روشهای مناسب برای تنظیمکردن ضرایب کنترلکننده PI معرفی شده است [4]. کنترلکننده PI برای کنترل سرعت موتور در سیستمهای دوجرمهای که دارای عدم قطعیت و تأخیر زمانی میباشند در [13] آنالیز شده است.
برای مواجه نشدن با محدودیتهای کنترلکننده PI، بسیاری از محققان، فیدبک سرعت از سمت موتور را پیشنهاد دادهاند. در بسیاری از مقالات از جمله در [4] و [9]، با طراحی تخمینگر گشتاور شفت و کنترلکننده PI، سیستمهای دوجرمه بدون بکلش را با کنترلکنندههای درجه بالا کنترل کردهاند. از جمله دیگر کنترلکنندههای با درجه بالا میتوان به طراحی کنترلکننده با استفاده از کنترل بهینه دوجملهایهای خطی[18] اشاره کرد [14]. جایابی چند مدلهی قطب ها[19] [15]، استفاده از روش کنترلی LQG/LTR در [16] و کنترلکنندههای [17] از جمله دیگر کنترلکنندههای با درجه بالا میباشند.
تکنیکهای غیرخطی و وفقی متفاوتی برای کنترل سیستمهای بدون بکلش ارائه شده است. از جمله این روشها میتوان به کنترلکنندههای با ساختار متغیر[20] اشاره کرد که در [18] و [19] استفاده شده است. کنترل وفقی بر اساس مدل مرجع در [20]، [21] و [22] و جایابی وفقی قطب ها[21] در [3]، [23] و [24] از جمله دیگر تحقیقات انجام شده برای کنترل سیستمهای بدون بکلش میباشد.
[1] Linear in parameter models
[2] Backlash
[3] Driving member
[4] Driven member
[5] Load
[6] Backlash gap
[7] Autonomous
[8] High order linear controllers
[9] State feedback controllers
[10] Observer based controllers
[11] Preload
[12] Fuzzy controllers
[13] Multimass system
[14] Shaft
[15] Robot arm
[16] Elastic systems
[17] Symmetric optimum
[18] Linear quadratic optimal control
[19] Multi-model pole placement
[20] Variable structure control
[21] Adaptive pole placement
***ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است***
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است