وبلاگ

كنترل كننده PID رایج ترین كنترل كننده در فرآیند های صنعتی می باشد. این كنترل كننده به دلیل مقاوم بودن در محدوده وسیعی از شرایط كاری و كارایی نسبتا بالا ، نسبت به سایر كنترل كننده ها، بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. دلیل دیگر این مساله، سادگی عملكرد و قابل فهم بودن آن می باشد. مشكل اصلی این گونه كنترل كننده ها، چگونگی یافتن مقدار بهینه ای برای بهره های تناسبی، انتگرالی و مشتقی است به گونه ای كه پاسخ حلقه بسته سیستم، مشخصه های مناسبی داشته باشد.
اغلب فرآیندهای صنعتی، سیستم چند متغیره می باشند. در این سیستم ها ورودی های مختلف بر روی خروجی های مختلف تاثیر می گذارند. بیشتر تحقیقات به موضوع تنظیم پارامترهای كنترل كننده PID، در سیستمهای یك ورودی – یك خروجی می پردازند و در زمینه سیستم های چند متغیره كارهای كمتری انجام شده است. در سیستم های چند متغیره تداخل بین كانال های مختلف، مشكلاتی را برای

 عمل كنترل ایجاد می كند. به علاوه اگر چه روشهای مختلفی برای تنظیم كنترل كننده های PID ارائه شده است، اما در بیشتر آنها فرضیاتی مانند خطی بودن فرآیند، در نظر گرفته می شود. اگر فرآ یند خطی بوده و مدل ریاضی ساده ای برای آن وجود داشته باشد، شاید بتوان روشی تحلیلی برای تنظیم كنترل كننده یافت، اما در دنیای واقعی، فرآیندها غیرخطی و بسیار پیچیده می باشند و مدل های بدست آمده از آنها برای استفاده در روشهای تحلیلی مناسب نیستند. از این رو طراحی كنترل كننده PID برای سیستم های چند متغیره غیرخطی، میتواند فواید زیادی در مسائل تئوری و كاربردهای صنعتی داشته باشد.

روشی كه در این پایان نامه برای طراحی كنترل كننده PID به كار میگیریم، استفاده از سیستم های خبره مبتنی بر قوانین خواهد بود. اینگونه روشها یك مدل واضح از سیستم را، مورد استفاده قرار نمی دهند و به جای آن تنظیم پارامترها بر اساس ایده تنظیم دستی یك مهندس با تجربه انجام می شود. در روشی كه به كار خواهیم برد، ابتدا پاسخ سیستم حلقه بسته با كنترل كننده PID، را به ازای یك دسته پارامتر اولیه می یابیم. سپس با توجه به شكل بدست آمده، آن را در یكی از چند الگوی تعریف شده برای پاسخ، دسته بندی می كنیم و مشخصه هایی از پاسخ مانند زمان صعود، مقدار فراجهش و… را تعیین می كنیم. حال اگر پاسخ بدست آمده ملزومات طراحی را برآورده نكند، با به كار بردن یكی از قوانین موجود در پایگاه قوانین، مقدار پارامترهای كنترل كننده را تغییر داده و دوباره پاسخ سیستم حلقه بسته را بدست می آوریم. اگر به پاسخ مورد نظر دست نیافته باشیم، مراحل فوق را تا زمانی تكرار خواهیم كرد كه به پاسخ قابل قبول برسیم. انتخاب اینكه در هر مرحله چه قانونی را به كار ببریم با توجه به نوع پاسخ جاری و مقدار مشخصه های آن، تعیین میگردد.

:
در دنیای امروز با گسترش روزافزون دنیای دیجیتال باید به دنبال پلی برای ایجاد ارتباط بین دنیای آنالوگ و دیجیتال باشیم. این پل از طریق مبدل های آنالوگ به دیجیتال ساخته می شود. تکنیک های بسیاری برای طراحی مبدل های آنالوگ به دیجیتال وجود دارند که هرکدام از این تکنیک ها دارای امتیازات و محدودیت هایی هستند. در اینجا به معرفی برخی از این تکنیک ها در طراحی مدارات مبدل آنالوگ به دیجیتال پرداخته شده است.
هرکدام از این تکنیک ها ملزومات مداری مربوط به خود را دارد. در بعضی از این تکنیک ها دقت بیشتر مورد نظر بوده و در بعضی دیگر سرعت و در بعضی مواقع هزینه و قیمت بیشترین نقش را دارد. ذکر این نکته ضروری است که قبل از طراحی یک مبدل آنالوگ به دیجیتال باید دانشی کلی در باب انواع تکنیک های موجود داشت، تا با توجه به مزایا و محدودیت های این تکنیک ها و همین طور خصوصیات مبدل آنالوگ به دیجیتال، روشی برگزیده شود که بالاترین بازدهی را داشته باشد. همچنین برای رسیدن به بالاترین کارایی می توان از ترکیب این روش ها نیز استفاده کرد.
فصل اول: معرفی مبدل های آنالوگ به دیجیتال
مبدل های آنالوگ به دیجیتال (ADC) و دیجیتال به آنالوگ (DAC) به منظور ایجاد ارتباط بین سیگنال های آنالوگ و پردازنده های سیگنال (DSP) نیاز هستند، این امر موجب می شود تا بتوان از امتیازات پردازش سیگنال دیجیتال استفاده کرد، زیرا که اکثر سیگنال های مورد استفاده آنالوگ هستند.
1-1) موارد استفاده از ADC های سرعت بالا
1-1-1) ویدئوهای دیجیتال و صفحه های نمایش LCD
عملکرد سیستم های مخابراتی و سرگرمی تا حد زیادی بر پایه پردازش سیگنال ها دیجیتال DSP بنا شده، این در حالی است که سیگنال

 های فیزیکی که لازم است در ورودی ها و خروجی های این سیستم ها مورد استفاده قرار بگیرند به صورت زمان پیوسته و آنالوگ هستند. از این رو لزوم استفاده از ADC در ورودی ها و همینطور DAC ها در خروجی این سیستم ها احساس می شود.

مدارات ADC در مقایسه با DAC برای رسیدن به سرعت و دقت بالاتر، معمولا توان بالاتر و مدارات پیچیده تر طلب می کند. از این رو ADC ها متناوبا موجب محدودیت در سیستم های پردازش سیگنال می شوند. از آنجایی که محدودیت تبدیل آنالوگ به دیجیتال موجب پایین آمدن کارایی کل سیستم می شود، الگوریتم ها و مدارهایی به صورت متناوب ارائه می شوند و یک زمینه تحقیقاتی بسیار مهم برای آینده قابل پیش بینی، ایجاد شده است.
سیستم های تلویزیون دیجیتال با تکیه بر استاندارد انتقال دیجیتال از یک الگوریتم قدرتمند فشرده سازی تصویر استفاده می کنند تا نرخ انتقال اطلاعات را کاهش دهند. مانند آنچه در شکل 1-1 آمده است، نیاز به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال است تا سیگنال آنالوگی که از دوربین می آید را تبدیل کند. پس از پردازش دیجیتال و مدولاسیون، سیگنال به خروجی می رود تا ارسال شود. گیرنده سیگنال ورودی را دمدوله می کند و آن را دوباره به سیگنال آنالوگ تبدیل می کند تا آماده نمایش شود. یک قدرت تفکیک به منظور استفاده در تلویزیون های استاندارد لازم است، که این قدرت تفکیک برای تلویزیون های خاص مانند (HDTV) باید بالاتر و حداقل 10 باشد.
دیگر کاربرد مهم مبدل های آنالوگ به دیجیتال سرعت بالا، در سیستم های نمایشی LCD است. توجه اخیر در نمایش دهنده ها به LCD (کریستال مایع) ها است که جایگزین نمایش دهنده های CRT است. برخلافCRT ها، نمایش دهنده های LCD احتیاج به سیگنال های دیجیتال برای راه اندازی دارند. این در حالی است که برخی منابع ویدئو آنالوگ هستند. از این رو نیاز به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال است تا سیگنال آنالوگ ویدئو را به پیکسل های دیجیتال تبدیل کند (شکل 1-2). با توجه به قدرت تفکیک و نرخ بازیابی سرعت تبدیل از ده ها MSPS تا چند صد MSPS تغییر می کند.
2-1-1) تجهیزات اندازه گیری دیجیتال
اسیلوسکوپ های نمونه بردار دیجیتال (DSO)، زمینه دیگری هستند که از مبدل های آنالوگ به دیجیتال سرعت بالا استفاده می شود. یک DSO شامل مدار حالت دهنده سیگنال، یک مبدل آنالوگ به دیجیتال با سرعت بالا، یک حافظه بافر و یک نمایش دهنده است. (شکل 1-3) بسیاری از DSO ها از یک مدار نمونه بردار سرعت بالا با دریچه زمانی کوچک استفاده می کنند تا بتوانند از ورودی های با پهنای باند بالا (در محدود GHz) نمونه برداری کنند. نرخ نمونه برداری ساعت این مدارات، نسبتا پایین و در حدود چندین MSPS است. این تکنیک فقط برای سیگنال های ورودی متناوب با پهنای باند باریک مناسب است. زمانی که لازم است سیگنال های طیف گسترده دیجیتال شوند، مبدل های آنالوگ به دیجیتال با نرخ ساعت بسیار بالا مورد نیاز است. سیگنال های نامتناوب و یا طیف گسترده با توجه به قانون نایکوئیست دیجیتال می شوند. که بیان کننده این است که نرخ نمونه برداری باید از دو برابر پهنای باند سیگنال ورودی بزرگتر باشد.
DSO های دیجیتال به یک تبدیل 8 بیتی نیاز دارند، زیرا که صفحه نمایش به این قدرت تفکیک محدود می شود. به هرحال، به عنوان تأکید بیشتر باید به این نکته اشاره کرد که با توجه به حافظه دیجیتال و آنالیز شکل موج نگه داشته شده، محدودیت قابلیت تفکیک نمایش دهنده بیشتر تعریف نمی شود. بنابراین DSO های جدیدتر از مبدل آنالوگ به دیجیتال 10 تا 12 بیتی استفاده می کنند و بیشتر به عنوان ثبت کننده شکل موج دیجیتال محسوب می شوند تا اسیلوسکوپ.

فولادهای رسوب سخت شونده، گروهی از فولادهای فوق مستحکم با چقرمگی شکست بالا هستند که مهمترین عناصر آلیاژی آنها نیکل، کبالت، مولیبدن، تیتانیم، تنگستن و آلومینیم بوده و میزان کربن و عناصر ناخالصی در آنها بسیار کم می باشد.

عبارت رسول سخت شونده از دو واژه مارتنزیت و پیرسازی گرفته شده است. این واژه به دلیل اینکه استحکام همراه با چقرمگی بالا در این فولادها از طریق پیرسازی ساختار مارتنزیتی کم کربن و تشکیل رسوبات بین فلزی در این ساختار حاصل می گردد، به این نوع فولاد اطلاق می شود. فولادهای رسوب سخت شونده به دلیل استحکام و چقرمگی شکست بسیار بالا، قابلیت جوشکاری عالی، عملیات حرارتی ساده و سهولت قطعه سازی، کاربردهای فراوانی در صنایع هوا فضا، نظامی، ابزارهای تولیدی و تهیه قالب ها و غیره دارند.

مهمترین ویژگی فولادهای رسوب سخت شونده، دارا بودن چقرمگی شکست خوب در استحکام های بالا است. وجود عناصر ناخالصی و گازهای مضر، تأثیر بسیار زیادی بر افت چقرمگی فولادهای رسوب سخت شونده دارند که متداول ترین و مضرترین عناصر از این دسته

 شامل کربن، گوگرد، نیتروژن و اکسیژن می باشند. عناصر مذکور با تشکیل آخال های کاربیدی، سولفیدی، نیتریدی، یا ترکیبی از آنها سبب کاهش استحکام و چقرمگی فولاد می شوند. لذا حذف ناخالصی ها و گازهای ناخواسته در این فولادها بسیار حائز اهمیت می باشد. بهترین روش جهت حذف این عناصر استفاده از فرآیندهای ذوب و تصفیه در کوره های خلأ VIM و VAR می باشد. کوره VIM که به عنوان یک کوره ذوب تحت خلأ می باشد، با ایجاد خلأ در محدود 4-10 میلی بار، از دو طریق باعث حذف ناخالصی ها می شود:

الف – حذف گازها از طریق خارج نمودن مستقیم گاز از محیط ذوب توسط پمپ های خلأ انجام می شود.

ب – حذف گازها از طریق واکنش گازهای باقی مانده با عناصر ناخالصی و تولید گازهای CO2، SO2 و غیره و نهایتا خروج گازهای تولید شده توسط پمپ های خلأ، که از این طریق میزان گازهای باقی مانده و نیز کربن، گوگرد و سایر اکسیدها و ناخالصی ها کاهش می یابد.

همچنین کوره VAR که به عنوان یک کوره ذوب مجدد و تصفیه تحت خلأ محسوب می شود علاوه بر داشتن مزایای کوره VIM (از لحاظ ایجاد خلأ که باعث کاهش گازها و ناخالصی ها می شود)، به دلیل مکانیزم ذوب قطره ای و انجماد در قالب مسی آبگرد، باعث ایجاد ساختار همگن و جهت دار نیز می شود. لذا مجموع این دو فرآیند، یعنی تولید شمش از طریق کوره VIM و تصفیه آن توسط کوره VAR، باعث کاهش حداکثری گازهای فعال، اکسیدها و آخال ها و همچنین ایجاد ترکیب شیمیایی همگن، انجماد جهت دار و ساختار مناسب گشته، که این امر منجر به حصول خواص مکانیکی بالا می گردد.

:

تا قبل از دو دهه اخیر صنعت برق زیر نظر دولت بود و مصرف کننده نیاز خود را از طریق یک سلسله شرکت های دولتی تامین می کرد که باهم به طور زنجیری ارتباط داشتند. در این ساختار شبکه انتقال برق تولیدی را گرفته و به شرکت های توزیع در سراسر کشور که عموما شامل شرکت های برق منطقه ای می شود، انتقال می داد. شرکت های توزیع، انرژی را به مصرف کننده می فروختند. مبلغ دریافتی از مصرف کنندگان جزء درامدهای دولت محسوب شده و درامدهای شرکت های زنجیری گفته شده از حقوق دولتی تامین می شد اما به تدریج نظر تجدید ساختار بیان شد. در این روش شرکت های دست اندرکار در صنعت برق به چهار بخش مجزا تجزیه می شوند که چند تا یا همگی آنها غیردولتی خواهند بود. این امر موجب بروز مزایایی نسبت به ساختار قدیمی می شود، از جمله اینکه غیر دولتی شدن این شرکت ها باعث ایجاد رقابت در هریک از بخش ها می شود. و رقابت سالم باعث افزایش تلاش برای کاهش هزینه ها، بالا بردن سود، کاهش تلفات 

و مدرن شدن روش های صنعتی در هر شرکت می شود. به خاطر مزایای پیش بینی شده لزوم تحقیقات سرمایه گذاری در این زمینه آشکارتر شد.

سیاست گزاران و محققان بیان داشته اند که برای به وجود آوردن یک ساختار برق جدید باید مراحل زیر را پیمود:
1- جداسازی
2- تنظیم مقررات
3- رقابت سازی
4- خصوصی سازی
ساختار سنتی:
نظارت و تنظیم قوانین به این معنی است که دولت قوانین و مقرراتی را برای محدود کردن فعالیت و اینکه یک شرکت چگونه عمل می کند تنظیم می کند. این قوانین و مقررات الزاماتی را برای این شرکت به وجود می آورند که عبارتند از:
1- هنجارها و ناهنجارهای مطرح شده در یک شرکت بیان گردد.
2- در قبال چه فعالیت هایی باید قدرت پاسخگویی داشته باشد.
از شاخص های ساختار سنتی صنعت برق می توان به موارد زیر اشاره کرد:
انحصاری: دولت حق فروش برق در یک منطقه را تنها به یک شرکت خاص می دهد.
تعهد تغذیه: شرکت متعهد می شود که تغذیه مناسب برای تمامی مصرف کنندگان خود را تامین کند.
نرخ های تنظیم شده: هر شرکت قیمت های خود را با توجه به قوانین کلی دولتی تنظیم می کند.
بهره برداری با حداقل هزینه: بر پایه صورتحساب مصرف کنندگان، فعالیت های درآمدزای شرکت باید در راستای حداقل شدن درآمد آن شرکت شود.
تضمین نرخ بازگشت: تعهد به بازگشت سرمایه در یک شرکت در صورت رعایت کردن قوانین وضع شده می باشد.
نظارت ناظر: شرکت باید عملکرد مالی خود را با قوانین و مقررات تنظیم شده توسط ناظر دولتی تطبیق دهد.
با ویژگی های مذکور شرکت هایی مشغول به کار بودند که به طور پیوسته کارهای تولید، انتقال، توزیع و فروش برق را انجام می دهند. به طور کلی از عوامل محرک جهانی برای ایجاد روند تجدیدساختار می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- پیشرفت در فناوری تولید و افزایش بازده
2- جایگزینی صنعتی انحصاری با رقابت در تولید
3- انتقال مالکیت عمومی به خصوصی
تعریف تجدیدساختار:
دگرگونی و تغییر قوانین قدیمی و تجدید بنای ساختار سنتی به ساختار نو و تحول یافته را گویند که در مفهوم کلی بیانگر تبدیل یک صنعت انحصاری یا دولتی به حالت رقابتی یا خصوصی است.

محیط انتشاری که سیگنال از فرستنده تا گیرنده از آن می گذرد، کانال نامیده می شود. هرچه این محیط دقیق تر شناخته شود، بهتر می توان سیستم را طراحی کرد و در نتیجه به عملکرد مناسبتری رسید.
محیط انتشار سیستم های UWB معمولا محیط داخل ساختمان و شلوغ است و در نتیجه سیگنال ارسالی در این کانال مانند سایر کانال های بی سیم از مسیرهای مختلفی به گیرنده می رسد که بر این اساس با پدیده چند مسیری روبرو می شود. اگر یک تک پالس به کانال دارای فیدینگ وارد شود، قطاری از پالس از آن خارج خواهد شد که هرکدام یک مولفه چند مسیری است. اگر تأخیر زمانی بین مولفه ها از عکس پهنای باند کانال بزرگتر باشد، مولفه ها قابل تفکیک اند. پهنای باند وسیع سیستم های UWB به گیرنده این امکان را می دهد که مولفه های مختلف را از هم تفکیک کند.
یکی از پارامترهای مهم کانال دارای فیدینگ، مجموع تأخیر انتشار آن است که تعریف آن اختلاف بین اولین و آخرین پالس دریافتی از کانال در اثر تحریک تک پالس است. پاسخ ضربه کانال به طور تصادفی با زمان تغییر می کند. بنابراین تأخیر کانال هم متغیری تصادفی است. یکی

 دیگر از پارامترهای توصیف کانال پروفایل توان تأخیر است. از روی این پروفایل پارامترهای کلیدی: تأخیر اضافی میانگین و گستره تأخیر موثر و “NP10dB” به دست می آید. مدل های مختلفی برای توصیف کانال سیستم های فوق باند وسیع پیشنهاد شده است که کمیته “IEEE 802.15.3a” پس از بررسی آنها و مقایسه با اندازه گیری های انجام شده در مولد این کانال، مدلی که اولین بار توسط “Saleh-Valenzuela” معرفی شده را پذیرفته است. مدل ارایه شده در این تحقیق مانند اکثر کارهای انجام شده در مقالات براساس همان تعریف مدل S-V از کانال سیستم های فوق باند وسیع با پاره ای از تغییرات است. در این تحقیق با تمرکز برای حالت LOS و در داخل ساختمان به دنبال آن هستیم تا هم دقت را بهبود بخشیم و هم برخی نقص های مدل S-V را کم اثر کنیم.

در فصل اول در مورد کانال سیستم های فوق باند وسیع و چند نمونه از کارهایی که در این مورد انجام شده است بحث می شود بعد از آن تعریف و ضرورت پروژه توضیح داده خواهد شد. در بخش اول از فصل دوم در مورد تئوری سیستم های فوق باند وسیع، شامل سیگنال دهی، طراحی موج با طیف خاص، روش های مدولاسیون بحث می شود و نیز اشاره ای به فرستنده، گیرنده، روش های دستیابی چندگانه و تداخل در این سیستم ها می شود. بخش دوم از این فصل به کانال سیستم های فوق باند وسیع اختصاص دارد. فصل سوم درباره شرایط اندازه گیری، شرح و شبیه سازی الگوریتم کلین برای استخراج پاسخ کانال از مقادیر اندازه گیری شده و تحقق مدل S-V است. در چهارمین فصل از مدل دو دسته ای و اصلاح آن و شبیه سازی های مربوط به آنها و مقایسه آنها با مدل S-V سخن می گوییم. سرانجام در آخرین فصل به نتیجه گیری و ارایه پیشنهادات می پردازیم. خاطرنشان می شود که تمام شبیه سازی ها در محیط “MATLAB” انجام شده است.