ترجمه مقاله یک مطالعه شبیه سازی محور راجع به کنترل حذف اغتشاش فعال (ADRC)
چکیده :
روش کنترل حذف اغتشاش فعال (ADRC) به عنوان جایگزین روش های کنترلی کلاسیکی مبتنی بر PID و مبتنی بر مدل مطرح است و برای حل مسائل کنترلی کاربرد دارد. این روش با استقبال گسترده ای طی سال های اخیر روبرو شده است. تنظیم پذیری ساده و پایداری در برابر نوسانات پارامتری ، آن را در جایگاه ابزاری کاربردی و ارزشمند برای مهندسان کنترل و فعالان اجرایی قرار داده است. در مقاله فعلی به صورت یکجانبه به معرفی یک نمونه از ADRC های خطی به مخاطبان مدنظر اقدام شده است. یک مطالعه شبیه سازی محور با استفاده از واحدهای کارخانه ای متداول مرتبه های 1 و 2 ، صورت گرفته است. بدین ترتیب ارزیابی سریع و عینی از توانایی های ADRC در اختیار مخاطبان قرار می گیرد. در گام نهایی نمونه ای اصلاح شده از مدل زمانی گسسته را معرفی می کنیم. بدین ترتیب سرعت پیاده سازی بلادرنگ تا حد امکان افزایش می یابد. این قابلیت امری ضروری برای سیستم هایی با ملزومات دینامیک بالا محسوب می شود.
کلیدواژه ها : کنترل حذف اغتشاش فعال (ADRC)، مشاهده گر حالت تعمیم یافته (ESO)
- مقدمه
کنترل حذف اغتشاش فعال (ADRC) یکی از گزینه هایی است که کارایی ساده روش های کنترلی کلاسیک مبتنی بر PID را با قابلیت های برتر رویکردهای مدل محور ترکیب می کند. اصولاً ADRC بر اساس مشاهده گری بنا شده است که به صورت همزمان به اغتشاشات واقعی و عدم قطعیت های مدلسازی غلبه می کند. بدین ترتیب صرفاً به مدل فرایندی با درجه تفکیک پذیری کم(دانه بندی درشت) برای طراحی حلقه کنترل نیاز داریم. این قابلیت ADRC را به یکی از جذاب ترین گزینه ها برای فعالان اجرایی تبدیل نموده است. این روش پایداری بسیار مطلوبی را در مواجهه با تغییرات فرایندی به ارمغان می آورد. از جمله کاربردهای فعلی می توان به الکترونیک قدرت [5]، کنترل حرکت [6]، حفره های ابررسانای فرکانس رادیویی [7] و کنترل دما و کشش [8] اشاره نمود.
علیرغم اینکه امکان اثبات این واقعیت وجود دارد که ADRC خطی به منزله حالت خاصی از روش کلاسیک کنترل فضای حالت است و تخمین اغتشاش و جبران سازی بر پایه اصول مدل داخلی صورت می گیرد [9]، اما ماهیت ذاتی آن تفاوت های جدی با رویکردهای مدل محور از جمله کنترل پیش بین مدل [9] ، یا کنترل مدل تعبیه شده [11] دارد. برای نوع دوم، تعریف مدل شفافی از فرایند در دست کنترل ضروری است. از سوی دیگر، ADRC صرفاً مدل مخروطی خاصی را فارغ از دینامیک واقعی فرایند به خود اتخاذ می کند و همه خطاهای مدلسازی را به چشم اغتشاش می بیند. البته چنین وضعیتی به منزله افت عملکرد، در مقایسه با کنترل کننده ساخته شده مبتنی بر مدل فرایندی دقیق، یا مدل منحنی مشخصه مرجع تلقی می شود. در واقع ADRC از همان ابزارهای ریاضیاتی رایج استفاده می کند، اما نگرش یکپارچه و نحوه مقابله با اغتشاش ، یک انحراف اساسی از مکتب کنترل مدل محور تلقی می شود [12]. بدین ترتیب تمرکز از مدلسازی به سمت کنترل معطوف می شود. شاید به همین دلیل باشید که متخصصان اجرایی بشدت از آن استقبال می کنند.
ادامه این مقاله از ساختار زیر تبعیت می کند. پس از ارائه مقدمه ای گام به گام از ADRC خطی در بخش بعدی، مجموعه ای از آزمایشات شبیه سازی محور به اجرا گذاشته شده اند. بدین ترتیب توانایی های ADRC در مواجهه با پارامترهای فرایندی مختلف یا عدم قطعیت های ساختاری مشخص می شود.ضمناً اطلاعات تکمیلی راجع به اثر پارامترهای تنظیمی آن حاصل می شوند. برای نمونه مبتنی بر مدل گسسته زمانی که در بخش های بعدی معرفی می شود، فرمول بهینه سازی شده ای پیشنهاد می شود. این فرمول امکان پیاده سازی کنترل کننده ای با تاخیر ورودی- خروجی بسیار پایین را فراهم می سازد.
- کنترل حذف اغتشاش فعال خطی
هدف این بخش معرفی و تکرار یک نمونه از ADRC های خطی با تمامی اطلاعات مربوطه است. برای این منظور از توضیحات [3، 13] استفاده می شود. علیرغم اینکه اکثر مقالات ADRC مبتنی بر فرایند مرتبه 2 را معرفی نموده اند، در این مقاله روی ADRC مرتبه 1 تمرکز می کنیم. ما به صورت واضح به اهمیت کاربردی آن اشاره می کنیم. در واقع سیستم های مکرری وجود دارند که از مرتبه های بالا و از نظر فنی غیرخطی هستند، اما حداقل در برخی نقطه های عملیاتی رفتاری مشابه سیستم های مرتبه 1 را نشان می دهند.در ادامه کار، سیستم های مرتبه 2 با در نظر گرفتن چهارچوب تحلیلی مشابهی در دست توسعه قرار می گیرند. علاوه بر این در بخش 2-3 نشان داده می شود که ADRC خطی از نظر سیستم کلاسیک کنترل فضای حالت و جبران اغتشاش بر اساس اصول مدل داخلی ، یک حالت خاص از این دسته سیستم ها می باشد.
