طراحي و پياده‌سازي كنترل‌كننده ديجيتال فركانس‌بالا براي عملگر پيزوالكتريك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

دكتري

حول در ساخت سيستم‌هاي حركت با دقت بالا در محدوده نانومتر/ميكرومتر منجر به استفاده روزافزون عملگرهاي هوشمند شده است. مزيت‌هاي منحصربه‌فرد عملگر پيزوالكتريك، مانند دقت بالا، پاسخ سريع، نسبت نيرو به وزن بالا و اندازه كوچك، باعث‌ شده‌اند براي كاربردهاي تعيين دقيق موقعيت مناسب باشد. با اين وجود، رفتار غيرخطي ذاتي پيزوالكتريك (هيسترزيس) عامل اصلي كاهش دقت عملكرد است. علاوه‌ بر آن وجود ديناميك‌هاي فركانس‌بالا در ساختار عملگر، عملكرد سرعت‌بالاي آن‌ را محدود مي‌كند. براي دست‌يابي به عملكرد مناسب عملگر پيزوالكتريك كليد حل مسئله، مدل‌سازي مناسب و طراحي الگوريتم كنترلي موثر است. يكي از چالش‌هاي اساسي روش‌هاي كنترلي مبتني‌ بر مدل، مدل‌سازي دقيق و شناسايي سيستم تحت كنترل است. بنابراين، مبناي اولين هدف‌گذاري، كنترل بدون مدل عملگر پيزوالكتريك است. چالش ديگر در ارتباط با اجراي ديجيتال كنترل‌كننده‌ها است؛ اجراي ديجيتال خاستگاه نويز و تاخير زماني است كه موجب كاهش عملكرد سيستم كنترل مي‌‌شود. بنابراين، مبناي دومين هدف‌گذاري انتخاب روش طراحي نمونه‌داده و طراحي كنترل‌كننده مناسب بر اساس اين روش است. براي دست‌يابي به اين هدف گام مهم به‌دست‌ آوردن يك مدل نمونه‌داده براي عملگر پيزوالكتريك است. در نهايت، براي افزايش عملكرد كنترل‌كننده در فركانس‌بالا، طراحي كنترل‌كننده مناسب با در نظر گرفتن تاخير زماني صورت مي‌گيرد. يكي از تكنيك‌هاي افزايش عملكرد سيستم كنترل استفاده از يك روش تخمين مناسب جهت تخمين نامعيني‌ها و اغتشاش‌هاي خارجي است. رويتگر حالت افزوده يك روش كاربردي موثر و مقاوم است كه به اطلاعات كمي از سيستم نياز دارد، بنابراين در اين رساله از اين رويتگر در جهت دست‌يابي به سرعت عملكرد بالاتر همراه با دقت رديابي قابل قبول استفاده مي‌شود. مسئله ديگر كه در اين رساله به آن توجه شده، حفظ سيگنال كنترل در محدوده مجاز براي محافظت از عملگر است. در اين رساله، چهار الگوريتم كلي، كنترل مد لغزشي مبتني‌ بر رويتگر حالت افزوده در حوزه زمان‌پيوسته، كنترل تطبيقي بدون مدل مبتني‌ بر رويتگر حالت افزوده با در نظر گرفتن محدوديت نرخ تغييرات سيگنال كنترل، كنترل مد لغزشي تطبيقي بدون مدل با در نظر گرفتن تاخير سيستم كنترل و كنترل مد لغزشي تطبيقي بدون مدل مبتني‌ بر رويتگر حالت افزوده با در نظر گرفتن تاخير سيستم كنترل و محدوديت نرخ تغييرات سيگنال كنترل در حوزه روش‌هاي مبتني بر نمونه‌برداري، براي رسيدن به هدف كنترلي مطرح‌شده معرفي مي‌شوند. همچنين، اثبات پايداري سيستم كنترل حلقه‌بسته و نتايج آزمايشگاهي هر چهار الگوريتم ارائه مي‌شود. براي ارزيابي عملكرد الگوريتم‌هاي كنترلي پيشنهادي، آزمايش‌ها با هدف رديابي سيگنال مرجع سينوسي، تركيبي و مربعي انجام شده‌اند. بيشينه خطاي مطلق، ريشه ميانگين مربعات خطا، مقدار اوج و زمان همگرايي خطا به محدوده‌اي نزديك صفر، به‌عنوان ابزارهاي سنجش عملكرد الگوريتم‌هاي كنترلي استفاده مي‌شوند.

228198

كنترل

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان