امروزه استفاده از توربین گاز به دلیل کاربرد گسترده از جمله تولید توان، حمل و نقل، صنایع هوایی و سایر کاربردهای صنعتی افزایش یافته است. به همین دلیل جهت طراحی و همچنین تعیین سیستم کنترلی مناسب استفاده از یک مدل دینامیکی که همزمان کلیه خواص ترمودینامیکی را نیز در بر گیرد مورد نیاز است. در این پایان نامه بر اساس مدل غیر خطی توربین گاز که با کمک قوانین بقای جرم و انرژی به دست می آید سیستم کنترلی طراحی می گردد. این سیستم کنترلی که بر پایه ی خطی سازی ورودی- خروجی و اعمال کنترلر مرتبه دوم سروو بر سیستم خطی شده استوار است با کمک یک سیگنال مرجع ورودی سیستم را به سمت ورودی مشخصی حرکت می دهد به طوری که با تغییر در مقدار سوخت ورودی به محفظه احتراق به عنوان سیگنال ورودی، سرعت دورانی شفت متصل به توربین را کنترل می کند. دلیل انتخاب کنترل سرعت دورانی به عنوان هدف کنترلی در این مقاله لزوم توانایی توربین گاز جهت کارکرد در سرعت های دورانی متفاوت برای به حرکت درآوردن ژنراتور و در نتیجه تولید الکتریسیته در شرایط مختلف می باشد. جهت تعیین مقادیر بهینه پارامترهای مختلف سیستم کنترلی از چند تابع هدف ترمودینامیکی استفاده می شود. یکی از این توابع هدف، میزان اتلاف اگزرژی کل سیکل توربین گاز است که از حاصل جمع اتلاف اگزرژی هر یک از اجزاء سیکل که شامل مقطع ورودی، کمپرسور، محفظه احتراق، توربین و مجرای خروجی است، به دست می آید. سایر توابع هدف میزان خطای کنترلی نسبت به ورودی مرجع، دمای ورودی به توربین و میزان مصرف سوخت در طی زمان کنترل می باشند. نتایج حاصل از این بهینه سازی ها که توسط الگوریتم ژنتیک انجام می شود، بهترین شرایط طراحی سیستم کنترلی را نتیجه خواهند داد.

امروزه، این واقعیت که بیشترین آلودگی منتشر شده در یک سیکل کارکردی موتور خودرو در زمان عملکرد سرد موتور صورت می پذیرد اثبات شده است. این واقعیت به دلیل هیدروکربن های نسوخته بیشتردر هنگام عملکرد سرد موتور است. تلاش های بسیاری به منظور کاهش آلودگی های ناشی از هیدروکربن های نسوخته انجام پذیرفته است، ولی یکی از بهترین وسیله ها برای کاهش این آلودگی سیستم های سه مرحله ای کاهنده آلودگی می باشد. متاسفانه در زمان عملکرد سرد موتور سیستم کاهنده آلودگی برای مدت زمان مشخصی (که به زمان شروع شناخته میشود) غیر فعال است. در نتیجه برای کاهش آلودگی ناشی از مدت زمان عملکرد سرد، کاهش این زمان لازم به نظر می رسد. سیستم های کنترلی به نظر راه حل قابل اعتماد و از لحاظ اقتصادی به صرفه ای برای حل مشکل این آلودگی ها در زمان عملکرد سرد موتور به نظر می رسد. هدف از انجام این پایان نامه مدل کردن و کنترل هیدروکربن های خروجی درحالت سرد موتور با رسیدن سریعتر به زمان شروع به کار سیستم سه مرحله ای کاهنده آلودگی می باشد. این پایان نامه را می توان به سه قسمت اصلی مدل کردن موتور، مدل کردن سیستم سه مرحله ای کاهنده آلودگی و استراتژی کنترل تقسیم کرد. در قسمت اول، پیش بینی هیدروکربن های نسوخته موتور توضیح داده می شود. برای این منظور، تفاوت بین گرمای تولید شده واقعی و تئوری دریک سیکل محاسبه می شود. در قسمت دوم، مدل سیستم کاهنده آلودگی بر اساس پیش بینی رفتار گرم شدن کانورتور با توجه به انتقال حرارت از گازهای خروجی و محیط اطراف توضیح داده میشود و در قسمت سوم، استراتژی کنترل برای رسیدن سریعتر به زمان شروع به کار توضیح داده می شود. برای رسیدن به این هدف، گرمای گازهای خروجی ازموتور با کنترل زمان جرقه در مقدار دلخواه نگه داشته می شود.

کنترلرهای pid پیشینه ای بسیار طولانی در مهندسی کنترل داشته و به علت سادگی در طراحی در کنترل بسیاری از سیستم ها و فرآیندها کاربرد دارند. از این رو همواره تلاش های بسیاری برای طراحی روش هایی جهت بهبود و مقاوم تر کردن عملکرد آن ها صورت گرفته است. یکی از ایده هایی که می تواند منجر به بهبود عملکرد کنترلرهای pid گردد، استفاده از مرتبه های غیر صحیح برای عملگر مشتقی و انتگرالی این کنترلرها می باشد که در مقایسه با فرم کلاسیک pid که در آن این مراتب صرفاً یک می باشند، از عملکرد بهتر و انعطاف پذیری بیشتری برخوردار است و محدوده وسیعی از طراحی را در اختیار طراح قرار می دهد. روش های کنترل فازی با به کارگیری دانش افراد خبره امکان تنظیم کنترلرها را به شیوه ای ساده تر و قابل اعتمادتر فراهم ساخته اند. در این پایان نامه از منطق فازی شود. که این موضوع وجه تمایز این کار با سایر پژوهش های انجام شده در این زمینه است. مسأله اصلی در مورد طراحی فازی طراحی توابع عضویت ورودی ها و خروجی ها و نیز طراحی قواعد فازی است. امروزه رایج ترین شیوه برای طراحی یک سیستم فازی برای کنترل استفاده از فرآیندهای بهینه سازی است. در این میان الگوریتم ژنتیک به عنوان یکی از شناخته شده ترین الگوریتم ها از میان الگوریتم های تکاملی مورد توجه فراوان بوده است. سیستم فازی طراحی شده برای تنظیم کنترلر در این پایان نامه، با استفاده از بهینه سازی چند هدفی توسط الگوریتم modified nsga ii حاصل می گردد. در این پایان نامه توابع عضویت ورودی های فازی که خطا و مشتق خطای پاسخ می باشند و نیز خروجی های فازی که پنج پارامتر تعیین کننده pi^? d^? هستند و هم چنین قواعد فازی با استفاده از الگوریتم بهینه سازی مذکور طراحی می شوند. بنابراین کنترلر pid با مرتبه غیر صحیح با استفاده از کنترل فازی و الگوریتم ژنتیک طراحی و تنظیم می گردد.

در این پایان نامه طراحی کنترلر مقاوم بهینه ای برای سیستم های غیرخطی دارای نامعینی با استفاده از بهینه سازی چندهدفی مورد بررسی قرار می گیرد. هدف اصلی این پایان نامه بهره گیری از روش های هوشمند به همراه بهینه سازی چند هدفی جهت بالابردن عملکرد سیستم های کنترلی می باشد. بدین منظور روش های مختلف نظیر کنترلرهای مرتبه کسری، خطی ساز فیدبک و مدلغزشی استفاده شده است. برای به دست آوردن پارامترهای بهینه ای کنترلرها چندین تابع هدف، با توجه به نوع سیستم در نظر گرفته شده است. همچنین سیستم های در نظر گرفته شده دارای نامعینی می باشند، بنابراین طراحی کنترلر باید بگونه ای باشد که سیستم در حضور نامعینی های دارای پایداری و عملکرد مناسبی باشد. نتایج حاصل از بهنیه سازی چند هدفی و طراحی مقاوم به طراح این امکان را می دهد تا با برقراری مصالحه بین توابع هدف نقطه مناسب طراحی را انتخاب نماید. همچنین با بهره گیری از روش های هوشمند نظیر منطق فازی عملکرد هریک از روش های کنترلی افزایش داده می شود. مقایسه نتایج حاصل از روش های ارائه شده با روش های معمول، به خوبی برتری روش های ارائه شده را نشان می-دهد.