طراحی و پیاده سازی کنترل کننده هوشمند برای یک سیستم سرونیوماتیک تک محوره

مزایای موجود در سیستم نیوماتیکی مانند قابلیت دسترسی، نسبت توان به وزن بالا، هزینه پایین و ایمنی باعث شده کاربرد آن ها رو به گسترش باشد. اما از طرفی نیز عواملی مانند رفتار غیرخطی و کنترل پذیری پایین باعث ایجاد مشکلاتی در به کارگیری آن ها شده است. در این پروژه مدل سازی و کنترل هوشمند یک سیستم سرونیوماتیک تک محوره مد نظر می باشد. ابتدا مدل دینامیکی سیستم سرونیوماتیک با استخراج معادلات غیرخطی حاکم توصیف شده است. مدل ریاضی شامل معادله حرکت پیستون و بار، با در نظر گرفتن اصطکاک، معادلات فشار در محفظه های سیلندر و معادلات جریان هوای عبوری از شیرها بوده است. پیاده سازی معادلات و شبیه سازی در محیط matlabsimulink انجام شده است. آزمایش های عملی بر روی یک سیستم سرونیوماتیک تجهیز شده در آزمایشگاه شامل سیلندر نیوماتیکی و شیر، مدارالکترونیکی و سنسور اندازه گیر موقعیت انجام شده است. در مدار به کار گرفته شده در این سیستم به جای استفاده از شیر سرو از یک شیر دو وضیعته پاسخ سریع با تحریک pwm استفاده شده است. جهت کنترل موقعیت سیستم سرو نیوماتیک ابتدا یک کنترل کننده pid تنظیم شده و در مدل سازی کامیپوتری مورد استفاده قرار گرفته است. سپس این کنترل کننده با تنظیم دوباره نیز در آزمایشگاه پیاده سازی شده است. در دو حالت مدل سازی و آزمایش عملی در شرایط طراحی کنترل کننده pid پاسخ مناسبی ارائه داده است؛ اما در شرایط تغییر بار رفتاری نوسانی و نامطلوب داشته است. از این رو طراحی یک کنترل کننده هوشمند مانند فازی مد نظر قرار گرفته است. تمامی مراحل طراحی کنترل کننده فازی در matlabfuzzy toolbox به انجام رسیده است. ورودی های کنترل فازی خطا و مشتقات اول و دوم آن و خروجی سیگنال فرمان مدار الکترونیکی جهت ایجاد سیگنال pwm می باشد. ابتدا این کنترل کننده، پس از ایجاد پایگاه قواعد مناسب با روش سعی و خطا، بر مدل سازی های نرم افزاری اعمال شده است و پس از حاصل شدن نتایج مناسب، بر روی سیستم تجهیز شده در آزمایشگاه اعمال گردیده است. در آزمایش های عملی موقعیت پیستون توسط سنسور اندازه گیری می شود، سپس سیگنال اندازه گیری شده توسط یک کارت واسط i/o به کامپیوتر فرستاده شده و متناسب با پایگاه قواعد موجود در کنترل کننده، فرمان کنترلی مناسب به سیستم اعمال می گردد. نتایج این کنترل کننده طراحی شده در شرایط تغییرات بار خارجی عملکردی رضایت بخش داشته است. در نهایت نیز برای بررسی عملکرد کنترل کننده فازی طراحی شده از معیارهای عملکرد itae و iae و مقایسه با کنترل کننده pid استفاده شده است.