طراحي و پياده‌سازي كنترل‌كننده براي عملگر پيزوالكتريك در سيستم موقعيت‌دهي دقيق

چكيده فارسي :

چکیده با پیشرفت و گسترش فناوری نیاز به عملگرهایی که بتوانند جابهجایی را با دقت و عملکرد باال انجام دهند افزایش یافته است در این بین عملگرهای پیزوالکتریک با داشتن ویژگیهایی نظیر دقت باال انبساط سریع عدم وابستگی به میدان مغناطیسی و تولید نیروی باال نسبت به سایر عملگرهای مبتنی بر مواد هوشمند برتری دارند از عملگرهای پیزوالکتریک در کنترل پرتوهای لیزر در چشم پزشکی کنترل ارتعاشات بال هواپیما و در میکروسکوپهای مقیاس مولکولی استفاده میشود علیرغم کاربردهای گستردهی این عملگرها وجود چالشهایی چون دینامیکهای لرزشی پدیدهی خزش و پسماند کنترل سیستمهای استفادهکننده از آنها را دچار مشکل میکند در این بین وجود پدیدهی غیرخطی پسماند موجب کاهش دقت پهنای باند و بهطور کلی عدم صحت موقعیت خروجی سیستم موقعیتدهی دقیق میگردد در این پژوهش ابتدا مدلسازی عملگر پیزوالکتریک و شناسایی پارامتر مدلهای پسماند لرزش و خزش انجام شده است هدف از شناسایی پسماند این است که پارامترهای مدل بهگونهای تخمین زده شوند که خروجی مدل در حد امکان به خروجی اندازهگیری شده نزدیک باشد الگوریتم لیونبرگ مارکارد برای شناسایی پارامتر مدلهای Bouc Wen C H و Bouc Wen نرمالیزه پیشنهاد شده است با اعمال حاصل جمع چند سیگنال سینوسی به تجهیزات آزمایشگاهی و دریافت خروجی و مقایسهی آنها با خروجی مدل صحت مقادیر به دست آمده ارزیابی شد سپس مدلهای خطی خزش و دینامیکهای لرزشی با استفاده از نرمافزار شناسایی MATLAB به دست آمدند پس از شناسایی عملگر پیزوالکتریک و دستیابی به مدلها به شبیهسازی ساختارهای مختلف کنترلکننده پرداخته شده است سپس کنترلکنندههای پیشنهادی به منظور ارزیابی صحت عملکرد بر روی تجهیزات آزمایشگاهی پیادهسازی شدند در ادامه برای هر یک از مدلهای به دست آمده بر حسب نوع رفتار کنترلکنندهی مناسب طراحی و در نرمافزار LabVIEW پیادهسازی شده است هدف از پیادهسازی کنترلکننده ردیابی یک مسیر سینوسی است بدین معنی که عملگر پیزوالکتریک عمود بر راستای قرارگیری پشتهها به صورت تناوبی حرکت کند برای مدل C H به منظور جبران اثر پسماند ابتدا کنترلکنندهی پیشخور طراحی شد سپس با افزودن کنترلکنندهی PID به مسیر فیدبک کنترلکنندهی پیشخور پسخور برای این مدل طراحی گردید مدل C H با تقریب خوبی پسماند را توصیف میکند و در بسیاری از مراجع مورد استفاده قرار میگیرد اما این مدل تنها به توصیف پسماند میپردازد و دینامیکهای خطی عملگر پیزوالکتریک را نشان نمیدهد مدل Bouc Wen عالوه بر توصیف پسماند دینامیکهای خطی عملگر را نیز مدل میکند بنابراین از این مدل برای طراحی کنترلکنندههای غیرخطی استفاده شده است با در نظر گرفتن نامعینی جمع شونده در مدل Bouc Wen به طراحی کنترلکنندهی مد لغزشی پیشنهادی به منظور ردیابی مسیر سینوسی بدون چترینگ پرداخته شد سپس کنترلکنندهی گام به عقب تطبیقی با فرض نامعین بودن پارامترهای شناسایی شده طراحی گردید تطبیق یافتن پارامترها به مقادیر واقعی زمانبر است از طرفی در مقایسه با روش مد لغزشی حجم برنامه و محاسبات این کنترلکننده بیشتر بود بنابراین این ساختار عملکرد کندی داشت برای رفع این مشکالت کنترلکنندهی مد لغزشی به منظور افزایش سرعت اجرای برنامه و مقابله با اغتشاشات خارجی به کنترلکنندهی قبلی افزوده گردید ساختار پیشنهادی موجب نرمتر شدن رفتار کنترلکننده و بهبود سرعت و عملکرد آن شد در ادامه به دلیل محدودیتهای مدل Bouc Wen در پذیرش کنترلکنندهی خطی از مدل Bouc Wen نرمالیزه برای طراحی کنترلکنندهی PID بهینه خودتنظیم استفاده شده است در آخر نتایج حاصل از پیادهسازی انواع کنترلکننده بررسی و مقایسه شدند

طيوري، سارا

طراحي و پياده‌سازي كنترل‌كننده براي عملگر پيزوالكتريك در سيستم موقعيت‌دهي دقيق

عملگر پيزوالكتريك , سيستم هاي موقعيت دهي دقيق , شناسايي پارامتر , كنترل كننده ي گام به عقب تطبيقي , كنترل كننده ي مد لغزشي