انجام پروژه های حرفه ای مهندسی برق

بیان مقدمه و اهداف پروژه(کنترل تطبیقی PSS)

سیستم های دینامیکی به طور کلی دارای یک دینامیک نامعین می باشند که این مسئله می تواند به خاطر مقادیر نامعین پارامتری و یا حتی دینامیکی بوجود بیاید. نامعینی پارامتری به صورت پارامتری در سیستم تعریف می شود که دارای عدم قطعیت می باشد که می تواند به دلیل عدم دسترس بودن پارامتر ، متغیر بودن آن(بدون وابستگی به متغیرهای حالت سیستم) ، تغییر پارامتر در انواع مشابه و سایر موارد باشد. از طرفی نامعینی دینامیکی می تواند در اثر تغییر پارامتر(هایی) از سیستم که مرتبط با یکدیگر و یا متغیرهای حالت(متغیرهای اصلی سیستم) بوجود آید. مشخصا به دلیل این مسائل نیاز به طراحی سیستم کنترلی متفاوت با سیستم های کنترل متداول می باشد. سیستم های کنترل متناسب با این ساختارهای دینامیکی عبارت از سیستم های کنترل کلاسیک نظیر روش های تطبیقی (انواع خطی برای مدل های خطی و انواع غیرخطی آن برای دینامیک ساختار غیرخطی) ، سیستم های کنترل مقاوم نظیر روش مدلغزشی، روش های مقاوم H اینفینیتی ، H2 و روش های ترکیبی بدست آمده از این ساختارها می باشد.

با این توصیف در این پروژه انجام شده، هدف بررسی تاثیر نامعینی های متداول در سیستم دینامیکی پایدارساز سیستم قدرت و در ادامه بیان روش کنترل تطبیقی به منظور ایجاد پایداری سیستم در حضور عدم قطعیت های نامبرده می باشد.

توضیحات کلی پروژه

در این پایان نامه، سیستم دینامیکی پایدارساز سیستم قدرت(PSS) به عنوان نمونه در نظر گرفته شده و به منظور بررسی سیستم با سه متغیر حالت زاویه توان، سرعت زاویه ای و مولفه ولتاژ در نظر گرفته شده است. بطور کلی در بررسی دینامیک و مطالعه مقالات و رفرنس های عملی از ساخت این سیستم نمی توان نامعینی دینامیکی برای این سیستم در نظر گرفت و عموما مولفه های عدم قطعیت آن بصورت پارامتری ظاهر می شوند. پارامترهای اساسی این سیستم نظیر ضریب دریفت، مقاومت و راکتانس ماشین ، مقادیر بهره کنترلی (ثابت زمانی مدار باز) و … می باشند که با مطالعه ویژگی های سیستم پایدارساز می توان برای آن ها عدم قطعیت در نظر گرفت.

روشی که به منظور کنترل مقاوم این فرآیند در نظر گرفته شده روش تطبیقی براساس لیاپانوف می باشد که از مزیت های آن می توان به سرراست بودن روش و پایداری مناسب آن اشاره کرد. در این روش نیاز به تعیین کران های معمول در کنترل مقاوم نمی باشد و سیستم کنترل تطبیقی به صورت یک بلوک دینامیکی نسبت به تطبیق پارامترهای همراه با عدم قطعیت مورد استفاده قرار می گیرد.

در اثبات پایداری در این روش از یک لیاپانوف تعمیم یافته به صورت مجموع متغیرهای حالت سیستم و دینامیک بکار رفته برای پارامترهای تطبیق استفاده می شود. به منظور آموزش این روش می توانید به بخش رفرنس های مهندسی برق کنترل در سربرگ سایت مراجعه کنید.

شماتیک کلی روش کنترلی مورد استفاده در پایدارساز سیستم قدرت مورد مطالعه را می توان به صورت شکل زیر در نظر گرفت .

شماتیک سیستم کنترل

مشخصا در یگ روند کنترل غیرخطی به روش کلاسیک نیاز به دریافت سیگنال های متغیر حالت به صورت فیدبک از دینامیک سیستم در بخش تطبیقی و بخش کنترل می باشد که در شکل بالا قابل مشاهده می باشد. بخش تطبیقی با دریافت متغیرهای حالت و تولید پارامترهای سیستم(به صورت تطبیقی که می تواند ترکیبی از متغیرهای حالت و متغیرهای تطبیق) و ارائه این پارامترها به بخش کنترل نسبت به تولید نیروی کنترلی مورد نظر اقدام شده و حلقه سیستم بسته شود.

الگوریتم کار

با توجه به مطالب بیان شده در این پایان نامه انجام شده از تکنیک کنترل غیرخطی تطبیقی براساس روش مدلغزشی و رویکرد بازگشت به عقب استفاده شده است. دینامیک سیستم پایدارساز از دینامیک های فیدبک محض می باشد که یکی از بهترین روش ها برای استفاده در این سیستم ها(سیستم های فیدبک محض) استفاده از روش کنترل برمبنای بازگشت به عقب می باشد. در این روش ، فرآیند پایدارسازی سیستم براساس استفاده از متغیرهای حالت به عنوان متغیرهای کنترل مجازی می باشد. در کنار استفاده از این مسئله می توان از روش مدلغزشی به منظور تطبیق پارامترها به صورت توابع پیچشی نیز استفاده کرد که در این کار استفاده شده است. (به منظور فراگیری روش های کنترلی بیان شده می توانید از بخش رفرنس های کنترل در سربرگ منابع تخصصی سایت استفاده کنید)

شبیه سازی کار پروژه

به منظور شبیه سازی پروژه از نرم افزار متلب و در حوزه سیمولینک استفاده شده است. یکی از محبوبترین روش ها در پیاده سازی دینامیک و کنترل کننده ها در حوزه نرم افزار متلب استفاده موازی از کدنویسی و سیمولینک می باشد بطوریکه بتوان از قابلیت های هر دو استفاده کرد که در این پروژه استفاده شده است. مشخصا به منظور اجتباب از خطاهای برنامه نویسی علی الخصوص لوپ جبری(خطای حلقه جبری متلب) نیاز به تجربه در کدنویسی و سیمولینک می باشد تا از متغیرهای همسان در دو سمت شبیه سازی استفاده نشود. آموزش های لازم در این خصوص را می توانید از بخش آموزش متلب در سربرگ آموزش سایت دریافت کنید.

در ادامه برخی از نتایج شبیه سازی این سیستم نمایش داده شده است.

نمودار پارامتر تطبیقی منتسب با ضریب دریفت

نمودار پارامتر تطبیق منتسب با بهره کنترلی

نمودار ولتاژ خط

نمودار توان ماشین سنکرون

در مجموعه نمودارهای نمایش داده شده در لحظه 30 از شبیه سازی خطای سه فاز متقارن در نرم افزار متلب شبیه سازی شده است و روش تطبیقی مورد نظر با روش بازگشت به عقب متداول مورد مقایسه قرار گرفته است. مشاهده می شود که در صورت بکار بردن سیستم کنترل تطبیقی در شرایط عدم قطعیت پارامتری، نتیجه ناپایدار برای سیستم بدست می آید.