پروژه - پایان نامه انجام شده در زمینه کنترل (شماره 4)

طراحی کنترل فعال نیرو برای سازه های ساختمانی و خودرو :

منظور از کنترل فعال نیرو طراحی نیروی کنترلی است که بتواند بر نامعینی های پارامتری سازه های ساختمانی و خودرو فائق آمده و بتواند آن را در مقابل اغتشاشات خارجی که باعث نوسانات گذرا در سیستم می شود پایدار سازد . کنترل فعال نیرو در مقابل المان هایی که به همین منظور در سازه ها تعبیه شده و وظیفه پایدارسازی آن را بر عهده دارند اطلاق می شود ، در این کنترل غیرفعال را خواهیم داشت .

در طراحی کنترل فعال نیرو برای سازه های ساختمانی با دو نوع طراحی مواجه خواهیم بود که به دلیل وجود دو مدل خطی و غیرخطی برای سیستم می باشد در حالت غیرخطی ترم هیسترزیس که یک عبارت شبه خطی می باشد در مدل سیستم ظاهر می شود که مانند عبارت تابع اشباع باعث آشفتگی و نوسان در سیستم می شود ، در این حالت راهکار ما طراحی یک کنترل غیرخطی خواهد بود که بتواند بر این مسئله غلبه کند . روش هایی که براین اساس می توان استفاده کرد همچون روش برمبنای مد لغزشی و بازگشت به عقب می باشند . در این حال چالش دومی که با آن روبرو خواهیم بود امکان چند درجه بودن برای سیستم سازه می باشد که آن را در حالت خطی تبدیل به یک مسئله LMI می کند و در حالت غیرخطی نیز نیاز به استفاده از سیستم کنترل تطبیقی در کنار کنترل غیرخطی است که بتواند نامعینی های پارامتری را در سیستم از بین ببرد .

مجموعه نیروهایی که بر یک سازه وارد می شوند میزان اغتشاش وارد شده به آن را در طول زمان تعیین می کند همانطور که مشخص است مهمترین نیرویی که می توان برای یک سازه در نظر گرفت انواع زلزله می باشند ، این نیرو به صورت یک اغتشاش به سیستم وارد می شود و وظیفه سیستم کنترل فعال اعمال نیرویی است که بتواند دامنه نوسانات را در این حالت کاهش دهد .

پروژه - پایان نامه انجام شده در زمینه قدرت (شماره 5)

مطالعه پیرامون پایداری دینامیکی ریزشبکه :

میکروگرید یا ریزشبکه به مجموعه ای از منابع تولید پراکنده شامل توربین بادی ، سلول خورشیدی و پیل سوختی و همینطور منابع ذخیره ساز انرژی گفته می شود که با اتصال به ماشین های سنکرون و آسنکرون و همینطور از طریق های مبدل های الکترونیک قدرت همچون باک و بوست به بارهای موجود در ریزشبکه متصل می شوند و آن را تغذیه می نمایند . در حالت معمول این ریزشبکه بدون پشتیبانی منبع اصلی شبکه قدرت کار می کند و به صورت مستقل عمل می کند و گاها در زمان های مشخص و تحت سناریوهایی از جمله خطا در شبکه اصلی می تواند جدا شده (جزیره ای شده) و به کار خود ادامه دهد .

نحوه ترکیب و شکل بندی منابع و استفاده از مبدل های مختلف و اینترفیس های گوناگون بالتبع شرایط پایداری مختلفی را برای شبکه رقم خواهم زد و نوسانات سیستم در حالت گذرای خود (حالت اولیه) و دائم را تغییر خواهد داد .

در این پروژه پایان نامه مهندسی برق قدرت با مدلسازی هر یک از منابع در حوزه فرکانس کوچک و بدست آوردن معادلات حالت آنها نسبت به یافتن مقادیر ویژه ریزشبکه اقدام شد و در حالات مختلف مقایسات خروجی از طریق محاسبات عددی و شبیه سازی ها بعمل آمده است .

پروژه - پایان نامه انجام شده در زمینه قدرت (شماره 4)

ارزیابی قابلیت اطمینان در یک شبکه قدرت برای دوره کوتاه مدت و بلند مدت با اثرگذاری بالا در بخش تامین توان با توربین بادی :

سیستم های تولید توان پراکنده  از نوع انرژی نو دارای نوسان توان بالایی می باشند و تولید توان آنها در حالت کلی غیرقابل پیش بینی است ، در این پایان نامه هدف ارزیابی و مدیریت قابلیت اطمینان در یک سیستم توان می باشد که از مزرعه بادی برای تامین توان خود در نواحی قابل پوشش و بارهای تغییر پذیر استفاده می کند . 

مدیریت قابلیت اطمینان در سیستم های توان به منظور هماهنگ سازی و متعادل نمودن تولید و مصرف امری ضروری است و نیاز است تا شرکت های خدماتی به منظور تامین کاهش و افزایش توان و به صورت کلی در تامین کیفیت توان شبکه از این مسئله آگاهی کامل داشته باشند . 

آنچه که این پروژه پایان نامه برق قدرت  را از انواع مشابه آن متمایز می سازد ساختار تغییر پذیر با زمان آن می باشد ، روش های انجام شده در این زمینه غیروابسته به زمان می باشند و پیشرفت حاصل در این زمینه نیز قابل توجه بوده است ، اما آنچه در این میان اهیمت دارد وجود اندیس های مختلف در قابلیت اطمینان و تامین توان برای منابع تولید احتمالی می باشد که در حال تغییر در زمان می باشند و به نوعی متغیر حالت محسوب می شوند ، تغییرات فصلی ، تغییرات بار و تغییر قابلیت اطمینان ادوات از جمله شاخص های بلند مدت و میان مدت و تغییرات بار روزانه و تولید در ساعات مختلف روز از شاخص های کوتاه مدت تغییر پذیر در زمان می باشند .

بنابراین نیاز به تکنیکی که بتواند این تغییرات را در خود گنجانده و یک تابع تغییر پذیر با زمان و دقیق برای تغییرات قابلیت اطمینان ارائه دهد امری ضروری است .

شبیه سازی در متلب (1)

شبیه سازی معادلات دینامیکی در متلب :

معادلات دینامیکی ، عبارتند از عبارت های دیفرانسیلی - جبری که نحوه رفتار سیستم از زمان t0 تا tf را نشان می دهند . این معادلات بنابه دقت و ساختار سیستم تبیین کننده خود می توانند خطی ، غیرخطی و همینطور تغییر پذیر با زمان و یا تغییرناپذیر با زمان باشند . 

در شبیه سازی دینامیکی تمامی سیستم ها نیاز است تا بتوانیم این معدلات را در متلب بیان کنیم ، در حالت کلی دو راه برای بیان دینامیک یک سیستم در متلب وجود دارد روش اول برمبنای کدنویسی این معادلات می باشد و روش دوم برمبنای محیط سیمولینک می باشد ، البته در روش دوم نیز ناگزیر از کدنویسی می باشیم ، اما آنچه روش دوم را راحتتر می نماید سر راست بودن روش می باشد ، در این حالت نیاز به استفاده از توابع متلب به منظور حل معادلات دیفرانسیلی نیست تا مجبور باشیم کلیه آرگومان و آپشن ها و همینطور ترتیب آنها را رعایت کنیم . در این حالت کافیست شما از تابع های موجود در بخش User defined functions استفاده کنید . 

این بخش از بلوک های سیمولینک تنها روش ارتباطی بین سیمولینک و کدنویسی می باشند ، در بین این توابع پرکاربردترین آنها بلوک های با نام های (در متلب 2011) Interpreted matlab function ، Matlab function و S-function می باشند ، در این بین ساده ترین استفاده را می توان از بلوک Matlab function داشت ، این بلوک در داخل خود سه خط کد دارد ، کد اول به صورت y= f(u) می باشد ، که می توانید با افزودن ورودی و خروجی های مورد نیاز خود آن را به یک تابع چند ورودی ، چند خروجی تبدیل کنید ، در خط آخر که یک عبارت جبری است ورودی برابر خروجی قرار داده شده است که شما مانند آن می توانید با بیان عبارات جبری لازم خروجی ها را از ورودی های مورد نیاز خود بدست آورید .

تا اینجای کار شما می توانید معادلات جبری خود را در متلب و در محیط سیمولینک ایجاد کنید اما چگونه معادلات دیفرانسیل را در محیط متلب ایجاد کنیم ؟

برای این منظور نیاز به استفاده از انتگرال گیر در سیمولینک داریم ، دقت کنید که در استفاده از تنها کدنویسی این مسئله را نمی توانستیم به سادگی انجام دهیم ، چرا که در آن جا بیان توابع ode که معروفترین آن ها ode45 می باشد ضروری بود اما در محیط سیمولینک این تابع به صورت خودکار عمل می کند .

از این مسئله که بگذریم در بیان معادلات دیفرانسیل پس از آوردن انتگرال گیر شما می توانید با قرار دادن این انتگرال گیر در خروجی بلوک تابع متلب از عبارت مشتق متغیر که در داخل از ورودی ها بدست آمده است انتگرال گرفته و آن را تبدیل به خود متغیر نمایید . در این حالت با فیدبک این مقدار شما خود متغیر را خواهید داشت .

پروژه - پایان نامه انجام شده در زمینه قدرت (شماره 3)

بررسی پایداری گذرا و تنظیم ولتاژ در یک شبکه قدرت چند ماشینه با استفاده از منبع ذخیره ساز انرژی (باتری) و استتکام (statcom) :

این پروژه پایان نامه به بررسی تاثیر منبع ذخیره ساز انرژی یا باتری به عنوان منبع توان راکتیو و جبران ساز ادوات FACTS استتکام (Statcom) به عنوان جبران ساز توان راکتیو موازی در پایداری گذرای یک شبکه گسترده چندماشینه با منابع تولید ماشین سنکرون و ژنراتورهای تغذیه دوگانه (DFIG) می پردازد . 

از تئوری طراحی کنترلر پسیویتی برای کنترل این سیستم چندماشینه استفاده شده است و کاربرد آن برای شبکه دو ناحیه ای با دو منبع تولید ماشین سنکرون و دو ژنراتور تغذیه دوگانه DFIG نشان داده شده است که در آن از منبع ذخیره ساز انرژی و جبران ساز STATCOM بهره گرفته شده است . 

بنابر تئوری کنترل پسیویتی از روش کنترل غیرخطی به منظور طراحی سیگنال فیدبک به سیستم استفاده شده است .

در بیان تئوری این طراحی سیستم به صورت کلی در نظر گرفته شده است بصورتیکه از نتایج آن در سیستم های قدرت با اندازه بزرگتر نیز می توان استفاده کرد و محدودیتی در آن نیست ، اثبات این مسئله نیز برای همین حالت در نظر گرفته شده است . 

پایداری سیستم بر روی دو متغیر حالت شبکه در دو ناحیه توسط ولتاژ و فرکانس ارزیابی شده است و نتایج شبیه سازی که در متلب آورده شده است برای حالت های خطای تکفاز و سه فاز نشان داده شده است .

پروژه - پایان نامه انجام شده در زمینه کنترل (شماره 3)

کنترل بهینه سیستم خطی فرم مربعی تغییرپذیر با زمان برمبنای مدلغزشی انتگرال خروجی :

در این پروژه پایان نامه هدف بهینه سازی انرژی صرف شده در کنترل سیستم های خطی تغییر پذیر با زمان می باشد که در پیاده سازی این ایده از روش مد لغزشی استفاده شده است .

در این پایان نامه از رویت گر به منظور تخمین خروجی استفاده شده است که متغیر رویت شده در واقع همان انتگرال خروجی می باشد که از تکنیک مد لغزشی برای آن بهره گرفته شده است . این رویت گر برمبنای ساخت خروجی و مشتق های به صورت مرحله به مرحله عمل می کند . در واقع از دید تئوری نیازمندیم که مقادیر اغتشاشات و نامعینی ها از لحظه صفر شروع پروسه کار در رویت گر از فیلتر خروجی حذف شوند تا بتوانیم با فرض رویت پذیر بودن سیستم مقادیر حالات را داشته باشیم . 

در بهینه سازی رفتار کنترلر از تئوری کنترل بهینه برای هر لحظه از کار سیستم استفاده می کنیم بطوریکه این قانون نیز متغیر با زمان باشد .

به منظور شبیه سازی سیستم نیز از نرم افزار متلب استفاده کرده ایم ، و در کاربرد مد لغزشی از تابع شیب بجای اشباع استفاده کرده ایم تا میزان چترینگ (chattering) تا حد ممکن کاهش یابد .

پروژه - پایان نامه انجام شده در زمینه قدرت (شماره 2)

بیان یک روش کنترلی جدید به منظور ردیابی ماکزیمم توان برای سیستم اینورتر سلول خورشیدی متصل به شبکه :

اینورترهای بکار رفته در سلول های خورشیدی متصل به شبکه دارای یک توپولوژی ساده و کم هزینه می باشند . با توجه به اینکه در مدلسازی و بدست آوردن مشخصه های خروجی برای سلول های خورشیدی به یک رابطه غیرخطی بر حسب میزان تابش و دمای محیط برمی خوریم ، نیاز است تا از تکنیک هایی که بتوانند دوره های کار در اینورترهای سیستم را دستخوش تغییر کنند استفاده کنیم تا اصطلاحا ماکزیمم توان را در لحظه از کار آنها ردیابی کنند ، از این تکنیک با عنوان MPPT یا (Maximom power point tracking) یاد می شود . 

روش هایی که پیشتر در ردیابی ماکزیمم توان برای سلول های خورشیدی بکار رفته اند از جمله روش متداول آشوب و مشاهده (perturbtion and observation) می باشند ، این روش ها گرچه در ساختار ساده و در کاربرد نیز کم هزینه می باشند ولی در کنترل این روش ها پیشرفت چندانی حاصل نشده است . 

بنابراین در این جا ما از الگوریتم هوش مصنوعی ماهی شناور به منظور بدست آوردن دوره های کار لازم برای اینورتر استفاده کرده و در واقع کار توسط الگوریتم هوشمند انجام شده است . 

در این روش تنظیم پارامترهای لازم در کلیدزنی توسط این الگوریتم انجام شده است به صورتی که الگوی توان خروجی را بیشینه و بهینه نماید . نتایج روش با روش های متدوال مقایسه شده اند و شبیه سازی های لازم در نرم افزار متلب انجام شده است .

پروژه - پایان نامه انجام شده در زمینه کنترل (شماره 2)

پروژه کنترل گام به عقب فازی تطبیقی برمبنای رویت گر برای سیستم های فیدبک محض تصادفی :

در این پایان نامه دو روش برمبنای فیدبک خروجی برای سیستم های همراه با عدم قطعیت با ویژگی های تصادفی (stochastic) انجام شده است . در این روش کنترلی متغیرهای حالت در دسترس نیستند و برای بدست آوردن آنها از رویت گر استفاده شده است . سیستم های فازی به منظور تخمین ترم های غیرخطی نامعین بکار رفته اند و رویت گر حالت فازی به منظور تخمین متغیرهای حالت اندازه گیری نشده بکار رفته است .

برمبنای تخمین متغیرهای حالت فازی استفاده شده و بکارگیری روش گام به عقب تطبیقی در کنترل سیستم روش مورد نظر گسترش داده شده و سیستم حلقه بسته کامل بدست آمده است . در این روش کنترلی به منظور اجتناب از پیچیدگی روش اشاره شده کنترل سطح دینامیکی برای مرتبه اول در گام به عقب توسط کنترل فازی استفاده شده است . 

در این پایان نامه نهایتا اثبات شده است که روش بکار رفته در کنترل سیستم را بصورت سراسری پایدار مجانبی می نماید و نتایج شبیه سازی برای شرایط اولیه و متغیرهای تصادفی مختلف نشان داده شده است .

پروژه - پایان نامه انجام شده در زمینه قدرت (شماره 1)

ارزیابی عملکرد تصادفی و تعیین سایز برای شبکه هیبریدی شامل سلول خورشیدی ، توربین بادی و ذخیره ساز انرژی :

در این پروژه هدف بهینه سازی اندازه (سایز) در کنار سنجش قابلیت اطمینان برای شبکه هیبریدی شامل منابع انرژی نو می باشد . در این پایان نامه مهندسی برق قدرت ، توان توربین بادی و سلول خورشیدی به صورت تصادفی و طبق داده های میانگین براساس حرکت اتورگرسیو داده شده است . 

بهینه سازی براساس جستجوی الگو ترکیب شده با شبیه سازی مونت کارلو به منظور مینیمم کردن هزینه سیستم و برقراری قابلیت اطمینان سیستم انجام گرفته است . 

شبیه سازی با استفاده از روش مونت کارلو و اندازه گیری در لحظه اندیس های قابلیت اطمینان به منظور بالا بردن آن ها و کاهش هزینه از اهداف کلی این پایان نامه برق قدرت می باشد . 

در کنار این مسئله استراتژی شیفت بار به منظور انعطاف پذیری شبکه و کاهش خظاهای فرکانس و ولتاژ در حالت های کاهش توان تولیدی منابع نیز در پایان نامه دخالت داده شده است که در این مسئله از الگوریتم هوشمند استفاده کرده ایم . درصد های مختلف شیفت بار و در نظر گرفتن قابلیت اطمینان و هزینه شبکه هیبریدی در شرایط مختلف نیز در این حالت در نظر گرفته شده است . در این حالت با مصالحه میان قابلیت اطمینان و هزینه شبکه مقادیر مطلوب در شیفت بار انتخاب شده است .

پروژه - پایان نامه انجام شده در زمینه کنترل (شماره 1)

آموزش دینامیکی شبکه عصبی تطبیقی برای کنترل سیستم های غیر افاین (non affine) :

در این پروژه مهندسی برق کنترل ما به مشکل سیستم های نان افاین در محیط های همراه با عدم قطعیت (نامعینی) می پردازیم . در فرایند طراحی  قانون کنترل، یک تکنیک پایدار تطبیقی NN به صورت طراحی کنترل ردیابی است . در این حالت برای سیستم غیر خطی nonaffine، با فرض پایین بودن این نامعینی با ترکیب یک خطای ردیابی فیلتر با قضیه ضمنی عملکرد، ثبات ورودی به متغیرهای حالت و در نظر گرفتن تئوری بهره کوچک می توانیم به پاسخ مطلوب در خروجی دست یابیم . در روش آموزشی ارائه شده در این پروژه مهندسی برق علاوه بر کاهش خطای شبکه عصبی در محیط همراه با نامعینی می توانیم محدودیت های مسئله در یک دینامیک محدود شده را نیز اعمال کنیم و سیستم را بدون درگیر نمودن در منطقه اشباع کنترل نماییم . 

در این پروژه از تابع تحریک جزئی مداوم استفاده کردیم . در این شرایط سیگنال خروجی می تواند کلیه نقاط مجاز در حرکت را لمس کند و اصطلاحا سیستم در تمامی نقاط تست می شود .

برای طراحی تابع ورودی در این حالت می توان انواع مختلف سیگنال ها در محدوده متوسط مقدار معمول قرار داد و از میانگین آن ها در تحریک سیستم استفاده کرد ، استفاده از سیستم تطبیقی باعث می شود تا سیستم در خروجی نسبت به تشخیص خطای خروجی از خطای پارامتر به صورت هوشمند نیز عمل نماید .

تکنولوژیهای منابع تولید پراکنده

1.  مبتنی بر سوخت: همانند موتورهای احتراقی- میکرو توربین- پیل سوختی - دیزل و مواد زیستی.
2.  مبتنی بر انرژی تجدیدپذیر : که عبارتند از باد- آب- سلول خورشیدی- امواج و ...
3.  مبتنی بر ذخیره ساز‌های انرژی: که عبارتند از باطری، ابر خازنها و ...

در مقابل منابع متداول انرژی كه تجدیدناپذیر نام دارند، منابع انرژی تجدیدپذیر وجود دارند که می‌توانند به تولید انرژی بپردازند و توانسته‌اند، به علّت مزایایی همچون مجانی و در دسترس بودن و نیز در وفاق بودنشان با محیط زیست مورد اقبال فراوان، مخصوصاً در کشورهای توسعه یافته، قرار گیرند. از جمله­ی این منابع می‌توان به انرژی زمین گرمایشی، بیوماده، بادی، خورشیدی، آبی و ... اشاره نمود.

علاوه بر کاهش هزینه‌ها می‌توان به ماجولار بودن این منابع اشاره کرد، مثلاً مولدهای فتوولتائیک و پیل‌های سوختی ساختاری ماجولار دارند، یعنی این امکان فراهم می‌آيد که به محض نصب شروع به کار کنند و هر ماجول به‌طور مستقل از دیگری عمل کند و در صورت عدم کارایی یکی از ماجولها دیگری به کار خود ادامه دهد. قابلیت توسعه­ی آنها در ازای تقاضای بیشتر، از دیگر مزایای ماجول‌ها می‌باشد.

باد و خورشید از منابع انرژی تجدید پذیراند که اغلب و در همه جا بصورت مجانی و در وفاق با محیط زیست در دسترس‌اند. از آنجایی که حضور باد و خورشید بستگی به شرایط جوی و محیطی دارد، حضور پشتیبان (ذخیره سازهای انرژی) در سیستم‌های تولید توان متکی بر باد و خورشید ضروري است.

قابلیت اطمینان در سیستم های قدرت

در هر جامعه مدرن، مهندسان و مديران فني مسئول برنامه‌ريزي، طراحي، ساخت و بهره‌برداري از ساده‌ترين محصول تا پيچيده‌ترين سيستم‌ها هستند . از كار افتادن محصول‌ها و سيستم‌ها موجب وقوع اختلال در سطوح مختلفي مي‌شود و مي‌تواند حتي بعنوان تهديدي شديد براي جامعه و محيط زيست تلقي شود. از اين رو مصرف كنندگان و بطور كلي مردم جامعه انتظار دارند كه محصولها و سيستم‌ها پايا ، اطمينان بخش و ايمن باشند بعنوان يك پرسش اصلي چنين مطرح است كه قابليت اطمينان يك سيستم در طول عمر كاری آينده‌اش چه ميزاني است و ايمني آن چقدر است؟ اين پرسشي است كه بخش‌هايي از آن را مي‌توان با ارزيابي و كميت‌سنجي قابليت اطمينان پاسخ داد .

 شيوه‌هاي ارزيابي قابليت از نظر تاريخچه پيدايش ، بدواً در ارتباط با منابع هوا – فضا و كاربردهاي نظامي شكل گرفت ، ولي سريعاً توسط ساير صنابع مانند صنابع برق ، كه تحت فشار شديدي جهت تضمين ايمني و قابليت اطمينان سیستم‌هاي توليد و توزيع در تامين انرژي الكتريكي مي‌باشند و يا صنابع فرآيندهاي پيوسته مانند صنايع فولاد و صنايع شيميايي كه هر ساعت توقف از آنها بعلت وقوع معايب مي‌تواند موجب تحميل خسارت‌هاي بزرگ مالي و جاني و آلودگي محیط زيست شود مورد توجه و كاربرد قرار گرفت .

 اتفاقات رخ داده فشار زيادي بر لزوم توجه به ارزيابي قابليت اطمينان ، ايمني و احتمال خطر ايجاد كرده است. در اينجا اساساً دو بحث مطرح است يكي تحت عنوان خطر كه صرفاً ازنظر شدت قابل تقسيم‌بندي مي‌باشد و ديگري تحت عنوان احتمال خطر كه علاوه بر شدت خطر احتمال وقوع آنرا نيز مورد توجه قرار مي‌دهد . شيوه‌هاي ارزيابي قابليت اطمينان اصولاً برمحور ارزيابي احتمال خطر استوار است و لذا هر دو جنبه شامل شدت خطر و همچنين احتمال وقوع آن به حساب مي‌آيند.

در سیستم های قدرت نیز با توجه به متغیرهای فراوانی که در هر کدام از بخش های تولید ، توزیع و مصرف وجود دارد لزوم سنجش قابلیت اطمینان و بهبود آن در فواصل مناسب (تعمیر و نگهداری) امری ضروری است ، تعیین متغیرهای تغییر پذیر با زمان و روش های مطمئن به منظور محاسبه آنها در دوره های روزانه ، ماهانه و سالانه اهمیت دارد ، آنچنانکه متغیرهایی در تغییر کیفیت ادوات در فصول مختلف ، شرایط آب و هوایی مختلف و شرایط شبکه قدرت در آن تاثیر دارند ، همگی بایستی در محاسبات دخالت داده شوند .

از طرفی امروزه بحث قابلیت اطمینان با ورود منابع تولید هیبریدی پراکنده نظیر توربین بادی و سلول خورشیدی  و منابع پشتیبان نظیر پیل سوختی و باتری و لزوم سنجش امکان پذیری سیستم ، بیش از پیش ضروری می باشد . در این راستا تعریف اندیس های مختلف قابلیت اطمینان و دخالت دادن آن در نحوه کنترل شبکه ها از متدهای روز به حساب می آیند .

 

کنترل به روش گام به عقب و باز طراحی تابع لیاپانوف ، backstepping control

یکی از اساسی ترین مسائل در طراحی کنترلر غیرخطی برای سیستم هایی از این نوع یافتن تابع لیاپانوفی می باشد که بتواند پایداری سیستم حلقه بسته شامل این کنترلر را به اثبات برساند ، در واقع اصلی ترین مسئله در تئوری کنترل همین مسئله می باشد ، در این میان برخی روش ها که وجود برخی محدودیت ها در سیستم را الزامی می داند ، می تواند در یافتن فرم کلی تابع لیاپانوف به ما کمک کند ، یکی از این روش ها و شاید معروف ترین آن ها کنترل گام به عقب می باشد ، ابداع این روش نیز به سال های نزدیکتر از سایر روش ها برمی گردد و آن در دهه 90 می باشد .

روش گام به عقب در سیستم هایی که به فرم فیدبک محض باشند قابل اعمال می باشد ، سیستم های اینچنینی در هر یک از معادلات خود تنها می توانند دارای ترم هایی از همان متغیر حالت و متغیر حالت بعدی باشد که در این حالت به منظور پایدارسازی این معادله از متغیر دوم به عنوان کنترلر مجازی استفاده خواهیم کرد .  در هر مرحله نیز با توجه به این طراحی یک فرم ساده مربعی لیاپانوف برای آن آورده می شود .

در طراحی کنترلر به روش بازگشت به عقب می توان با استفاده از بحث توابع پیچشی نسبت به تطبیقی نمودن کنترلر نیز اقدام نمود ، در این حالت بایستی از بحث توابع پیچشی نیز استفاده کرد .

در دینامیک های زیر می توان از روش بازگشت به عقب در طراحی کنترلر استفاده کرد :

1. پایدارساز سیستم قدرت 
2. سیستم کنترل توربین گاز 
3. سیستم مبدل های DC به DC
4. سیستم های کنترل فعال در ساختمان ها و خودرو

تجدید ساختار در سیستم قدرت :

در سیستم­های قدرت تجدید­ساختار یافته، به منظور بهره­ برداری مطمئن از سیستم، فرکانس باید تقریباً ثابت باقی بماند. فرکانس سیستم بستگی به تعادل توان حقیقی و بار دارد. از آنجا که فرکانس عامل مشترکی در سرتاسر یک سیستم می­باشد، هرگونه تغییر در تقاضای توان حقیقی یک نقطه، به صورت تغییری در فرکانس، در سرتاسر سیستم منعکس می­شود. در سیتم­های به ­هم ­پیوسته، که شامل دو یا چند ناحیه مستقل کنترلی هستند، علاوه بر کنترل فرکانس، باید تولید در هر ناحیه نیز به گونه ­ای کنترل شود که تبادل برنامه ­ریزی شده توان حفظ شود. به کنترل تولید و فرکانس سیستم، کنترل بار فرکانس اطلاق می­شود. 

  امروزه صنعت برق، در حالت گذر از بهره ­برداری سنتی توان به حالت تجدید­ساختار صنعت برق می­باشد. در یک سیستم تجدید­ساختار یافته، سیستم قدرت از چند منطقه کنترل به ­هم پیوسته تشکیل شده است، که هر منطقه مسئول بار محلی و تبادلات برنامه ­ریزی شده خود با مناطق مجاور می­باشد.

  تفاوت اصلی محیط تجدید­ساختار یافته با حالت سنتی، تفکیک بخش­های مختلف سیستم سنتی می­باشد. این امر وجه مشترک تمام انواع مختلف سیستم­های تجدید­ساختار یافته می­باشد. در محیط جدید بهره ­برداری از سیستم قدرت بر عهده بهره بردار مستقل سیستم می­باشد. بهره ­بردار مستقل سیستم، مسئول حفظ امنیت و قابلیت اطمینان سیستم می­باشد. بهره­ بردار مستقل سیستم با استفاده از خدمات جانبی می­تواند به وظایف خود عمل نماید. یکی از انواع خدمات جانبی، کنترل بار فرکانس، یا تنظیم فرکانس می­باشد.

در همین راستا انواع روش ها در تجدید ساختار شبکه های قدرت معرفی می شود ، تجدید ساختار در حوزه دینامیک سیستم که با استفاده از روش هایی مانند حذف بار تطبیقی انجام می پذیرد و تجدید ساختار در سیستم های قدرت توزیع و انتقال با نگاه سیستمی که با استفاده از انواع روش های هوشمند همچون الگوریتم تجمع پرندگان ، الگوریتم ژنتیک ، الگوریتم فازی یا عصبی انجام می پذیرد و در نتیجه گیری معایب و مزایای  خود را دارند . در کلیه این روش ها در نظر گرفتن یک تابع هزینه مرکب (چند هدفه) که بتواند عواملی همچون پروفیل ولتاژ ، تعادل توان ، کنترل فرکانس را در خود داشته باشد امری ضروری است .

طراحی فیلتر اکتیو با استفاده از منابع انرژی نو :

در شبکه های توزیع بحث مهمی به نام کیفیت توان داریم ، کیفیت توان عبارت است از برقراری شرایط مناسب از لحاظ پروفیل ولتاژ ، اعوجاج ولتاژ ، فلیکر ولتاژ و پخش توان در شبکه قدرت که راه حل های مختلفی نیز برای آن وجود دارد که از آن جمله :

• استفاده از ادوات FACTS
• خازن گذاری 
• رگولاتور ولتاژ
• استفاده تر کیبی از ادوات پیشنهادی 
• فیلتر اکتیو 

می باشند ، در مورد موارد اول تا چهارم بعدها توضیحات کافی داده خواهد شد ، مورد آخر به منظور کاهش هارمونیک و به اصطلاح THD در شبکه های قدرت کاربرد دارد ، در این راستا استفاده از یک منبع DC مطمئن برای تغذیه فیلتر نقش مهمی دارد .

منابع انرژی نو شامل توربین بادی و سلول خورشیدی می توانند به عنوان یک منبع DC قابل قبول (به شرط دارا بودن قابلیت اطمینان بالا) در این سیستم ها استفاده شوند ، طریقه اتصال این منابع به گونه ای است که هم شبکه را تغذیه کند و هم سیستم فیلتر را که در این حالت توان مازاد بر نیاز فیلتر وارد شبکه توزیع می شود ، از طرفی خود این منابع در راستای تزریق توان در شبکه هارمونیک وارد آن می کنند و به نوعی در ابتدای خط هارمونیک را در شبکه افزایش می دهند .

اما فیلتر اکتیو جایابی شده می تواند با عملکرد بهینه خود در سمت بار هارمونیک کل شبکه را کاهش دهد ، روش های مختلف و بهینه کلیدزنی به منظور این فرآیند پیش بینی شده است که در آن ها از تکنیک های تطبیقی به منظور انجام بهتر فرآیند استفاده می شود . 

کاربرد سیستم های کنترل فازی در درایو و ماشین :

سیستم های درایو برای انواع ماشین های القائی دارای پیچیدگی های خاص خود به دلیل درایورهای مختلف ، تغییرات پارامتری ، مدل بار و روش های کلیدزنی دارند ، سیستم های کنترل متداول در کلیدزنی این ماشین ها معمولا از روش های مرسوم از جمله PI ، PID برای کاهش خطا و تنظیم پریود زمانی کلیدزنی ها استفاده می کنند ، حال آنکه این روش ها در عمل تحت شرایط خاص قابل انجام می باشند و در نتیجه گیری نیز از لحاظ نتایج کار آنچنان توفیقی ندارند .

• بالا بودن میزان اورشوت 
• بالا بودن زمان نشست سیستم 
• وجود نوسانات حالت ماندگار 
• نوسانات بالای حالت گذرا
• خطای حالت ماندگار

از جمله کیفیت های نامطلوب استفاده از سیستم های کنترل متداول می باشند .

در کنار این مسائل در استفاده از سیستم های کنترل محدودیت های اساسی در دینامیک سیستم نادیده گرفته می شود ، تمامی سیستم های استفاده شده در مدار کنترلر تا خود ماشین و علی الخصوص سیستم درایو دارای نامعینی می باشند ، این نامعینی ها در عمل وجود دارند و بهتر است در تئوری کار در نظر گرفته شوند که در این صورت سیستم های کنترل مرسوم قادر به پایدارسازی سیستم نخواهند بود .

در این حالت ما ناچار به استفاده از دو روش هستیم :

1. به کارگیری مدل دقیق غیرخطی سیستم استفاده شده
2. استفاده از کنترلرهای تطبیق پذیر نظیر شبکه های عصبی ، منطق فازی و یا ترکیب این دو بصورت بهینه

در مورد اول مسلما کار سختی پیش رو خواهیم داشت چرا که یک اینورتر در شبکه های قدرت در تجزیه مُدال با 3 متغیر حالت تعریف می شود حال محاسبه کنید کاربرد این روش برای سیستم دو پل سه فاز با 6 IGBT .

در مورد دوم شناسایی دقیق سیستم بکار رفته از لحاظ رفتار در شرایط گوناگون سیستم نظیر سرعت های پایین ، سرعت بالا ، بی باری ، گشتاور بالا یا پایین ، شرایط خطا و ... و تعریف سیستم کنترلی به صورت ترکیبی از روش های هوشمند و متداول می توانیم بهبود رفتار سیستم در شرایط مختلف را داشته باشیم .

در الگوریتم فازی با انتخاب متغیرهای تاثیرگار به صورت مناسب و ارائه خروجی های مناسب در کنترلر اصلی و یا در سیستم کلیدزنی و ایجاد قوانین براساس منطق فازی (نوع اول یا دوم) نسبت به کنترل کلی آن اقدام کرد .

در شبکه های عصبی نیز بایستی روش را از روی جداسازی و الگوسازی انجام دهیم ، در این حالت بایستی سیستم را تحت شرایط گوناگون مورد آزمایش قرار داده و در تقسیم بندی از آن بهره ببریم .

کنترل سیستم های آشوب - Chaos:

در یک تعریف کامل سیستم های آشوبناک سیستم هایی هستند که با تغییر یک (یا چند) پارامتر خود ویژگی های دینامیکی خود از لحاظ پایداری را از دست می دهند ، در این سیستم ها تغییر پارامتر سیستم را از حالت پایدار به ناپایدار تبدیل می کند .

نمونه ای از این سیستم ها شامل نوسان ساز وندرپل (Vanderpol) و مبدل بوست (boost inverter) می باشد ، در کنار خود مسئله آشوب ، مسئله ای به نام کنترل آشوب وجود دارد ، در بیشتر مواقع ما از آشوب برای کنترل سیستم ها استفاده می کنیم ، استفاده از آن ها در تولید نوسان ساز نمونه ای از کنترل آشوب می باشد .

کنترلرهای مرتبه کسری (fractional order controller) نمونه ای از کنترلرهای آشوبناک می باشند ، در این حالت هدف در واقع ایجاد آشوب در سیستم و کنترل آن می باشد .

از جمله کنترلرهای متداول در سیستم های آشوبناک استفاده از مدلغزشی می باشد ، استفاده از مدلغزشی چه در طراحی سیستم کنترلی و چه در طراحی رویت گر برای سیستم های آشوبناک به جهت مقاوم نمودن سیستم کنترلی نسبت به تغییرات پارامتری و همینطور امکان استفاده در محیط های نویزدار می باشد .

منابع تولید پراکنده :

منابع تولید توان و ذخیره ­ساز انرژی به عنوان منابع DG شناخته می­شوند. امروزه، چندین تکنولوژی جدید از منابع DG با ظرفیت از چندین kW تا MW100 توسعه داده شده و وارد بازار شده­اند. تکنولوژی منابع DG می­توانند بصورت میکروتوربین­­ ها، پیل­های سوختی، سیستم­های فتوولتاییک، سیستم­های انرژی باد، ماشین­های دیزلی، توربین­های گازی و یا نوع دیگر باشند . همچنین تکنولوژی­های ذخیره­ انرژی بصورت فلایویل­ها، باتری­ها، ابرخازن­ها، ذخیره­ ساز مغناطیسی ابررسانا(SMES) و ... مورد استفاده قرار گرفته ­اند .
منابع تولید پراکنده دارای مزیت های مختلفی در شبکه های قدرت می باشند ، بهبود پروفیل ولتاژ در شبکه ، بهبود پایداری دینامیکی سیستم قدرت ، تغذیه بارهای دور از شبکه ، کاهش تلفات سیستم قدرت همگی از مزایای این منابع می باشند .

در این میان جایابی بهینه این منابع تولید و همینطور ایجاد هماهنگی بهینه بین منابع تولید پراکنده و شبکه قدرت از اهمیت اساسی برخوردار است . در سیستم های توان اتصال منبع تولید پراکنده به شبکه بایستی با در نظر گرفتن محدودیت های شبکه باشد و ایجاد یک الگوی مناسب که بتواند بیشترین تاثیر را از لحاظ فاکتورهای بیان شده بر شبکه داشته باشد به عنوان یک اصل اساسی در جایگذاری منابع تولید پراکنده مطرح است .

پایداری سیستم های قدرت و ریزشبکه ها :

پایداری سیستم­های قدرت مانند گذشته همچنان به عنوان موضوع اصلی در بهره ­برداری از سیستم­های قدرت مطرح است. زیرا موضوع پایداری، مولفه مهمی برای مدیریت انرژی و برنامه ­ریزی در هر سیستم قدرت می­باشد.

از طرف دیگر، تنوع منابع انرژی تجدیدپذیر و استفاده بهینه ­تر از منابع انرژی اصلی (با عمل تولید در نزدیک بار) منجر به افزایش واحدهای تولید پراکنده (DG) در شبکه توزیع فشار ضعیف و متوسط گشته است. کاربرد واحدهای DG در سیستم­های توزیع، نوع جدیدی از سیستم­های قدرت بنام میکروگرید را معرفی می­نماید. چنین سیستم­هایی می­توانند به شبکه قدرت اصلی متصل شده و یا بطور مستقل یعنی بصورت جزیره­ای مورد بهره ­برداری قرار بگیرند که در هر دو مد بهره ­برداری بایستی یک تغذیه پیوسته­ ای را برای مراکز بار یا مصرف­ کنندگان فراهم آورند. لذا این مفهوم منجر به تعریف جدیدی از بهره ­برداری واحدهای DG گشته که نیازمند طرح­های حفاظتی و کنترلی پیچیده­ ای در سیستم خواهد بود.

مساله پایداری سیستم­های میکروگرید تقریباً از سال 2006 میلادی (یعنی همان سال­های آغازین ظهور این مفهوم) بعنوان یکی از موضوعات چالش ­برانگیز بطور جدی مورد مطالعه قرار گرفته است. تکنیک­ها و استراتژی­های مختلفی توسط محققان و دانشمندان متعددی از سراسر جهان در منابع گوناگون می­توان یافت که به تعریف، طبقه ­بندی و بهبود پایداری در سیستم­های میکروگرید پرداخته ­اند. برخی از آن­ها تنها به بررسی یک یا تعداد اندکی از واحدهای DG خاص (بویژه مزرعه بادی، پیل سوختی و سیستم فتوولتاییک) پرداخته و برخی دیگر بصورت کلی و بدون محدودیت در نوع منابع DG، موضوع را بررسی نموده­اند. از میان مسایل پایداری، کنترل فرکانس و ولتاژ سیستم­های میکروگرید توجه و اهمیت بسیاری را از جانب محققان بخود جلب نموده­ اند. از اینرو طرح­های کنترلی مختلفی را برای پایداری ولتاژ و بخصوص پایداری فرکانس در منابع گوناگون می­توان یافت. این طرح­ها (که اغلب تنها از اطلاعات محلی سیستم استفاده می­نمایند) جهت بهبود عملکرد واحدهای DG بدون نقض قیود شبکه معرفی گردیده و شرایط مناسبی را جهت مشارکت موثر در سیستم قدرت و بازار برای آن­ها فراهم می ­آورند.

نحوه تنظیم پروپوزال برای پایان نامه های برق کنترل :

بهتر است ، مطالب بیان شده در این پست را بعد از مطالعه پست مربوط به پروپوزال در قدرت با لینک مطالعه کنید .
لینک مربوطه

در پایان نامه های مرتبط با مهندسی برق ما با مسئله مدلسازی ، شناسایی سیستم ، طراحی کنترل و عیب یابی مواجه هستیم و به طور معمول 90 درصد پایان نامه ها در این زمینه ها تدوین می شوند . که از این مقدار نیز اکثریت متعلق به طراحی کنترلرها می باشد .

با پیشرفت تکنولوژی و علوم ریاضی شاخه مهندسی کنترل بیش از سایر زمینه های مربوطه تحت تاثیر قرار می گیرد و روش های طراحی جدید با توجه به محدودیت های افزوده شده به کار می آیند .

در طرح پروپوزال برای یک سیستم در نظر گرفتن مسائلی نظیر پیچیدگی مدل سیستم ، نامعینی های موجود در سیستم ، تغییر پارامترهای با رنج تغییر و میزان کران تغییرات ، نحوه استخراج متغیرهای حالت سیستم و اغتشاشات همگی در نوع طراحی ها مهم می باشند .

آنچه که در گام اول اهمیت پژوهش کامل در زمینه سیستم مورد مطالعه می باشد ، در برخی کارهای تحلیلی قدرتمند ما با یک سیستم کلی با ویژگی های مشخص برمی خوریم که بایستی به طریق استقرایی یک روش کنترل مدون برای آن بیان کنیم که بایستی با یک اثبات قدرتمند همراه باشد و سپس در ادامه آن یک مدل نمونه (Case study) در نظر گرفته و شبیه سازی را برای آن انجام می دهیم .

اما انجام این نوع کارها با دشواری هایی همراه است که از آنجمله طراحی یک تابع لیاپانوف کلی خواهد بود که بتواند روش مذکور را اثبات کند .

در اغلب کارها از همان ابتدا با یک سیستم با مدل مشخص (یا همراه نامعینی های مشخص) مواجهیم که وظیفه طراح بهبود رفتار سیستم و یا انجام یک طراحی جدید برای آن است 

همانطور که می دانیم ویژگی های مهمی که برای یک رفتار کنترلی در نظر گرفته می شود عبارتند از : 

1. میزان اورشوت 
2. زمان رسیدن به پاسخ 
3. زمان نشست سیستم
4. خطای حالت ماندگار 
5. و ...

این ویژگی ها در تمامی سیستم ها چه خطی و غیرخطی اهمیت دارند و هر سیستم کنترلی که بتواند حتی یکی از این شاخص ها را بهبود دهد می تواند یک راهکار محسوب شود . 

در کنار این مسئله در نظر گرفتن عدم قطعیت در مدل سیستم ها نیز می تواند یک راه حل در ارائه یک پروپوزال خوب داشته باشد ، قطعا در این مسئله مطالعه سیستم فیزیکی بایستی به دقت انجام پذیرد ، در این روند شناسایی پارامترهایی که در حالت عملی محاسبات را با چالش همراه می سازد . 

از آن جمله :

1. عدم قطعیت در پارامترهای مدل دینامیکی سیستم 
2. عدم قطعیت در متغیرهای حالت سیستم 
3. عدم قطعیت سینماتیک(رباتیک)
4. عدم قطعیت در ترم های سیستم 

هر کدام از ویژگی های ساختاری بیان شده دارای راه حل هایی در تئوری کنترل می باشند که از آن ها می تواند به :

• طراحی سیستم کنترل تطبیقی
• طراحی رویت گر 
• طراحی کنترل مقاوم 

اشاره کرد . 

در کنار این سیستم ها استفاده از روش های هوشمند در سیستم های کنترل از دیگر ابزاری است که مد نظر قرار می گیرد ، مهمترین مسئله در این کاربرد استفاده از این روش ها در شناسایی سیستم و عیوب می باشد که در کنار این می توان برای بهبود روش های کلاسیک کنترل خطی نیز از آن ها بهره برد .

کنترل منطق فازی ، شبکه های عصبی و ترکیب این دو یعنی Anfis راهکار های پیشنهادی در این زمینه می باشند .