طراحی و اعمال روش‏های مدلسازی و کنترلی پیشرفته چند ورودی چند خروجی روی کنترل‏ کننده قابل برنامه ‏ریزی PLC : پایان نامه ارشد برق – کنترل


در حال بارگذاری
مقطع پایان نامه
کارشناسی ارشد
نوع فایل
doc
حجم فایل
4.6Mb
تعداد صفحات
182
دسته بندی
توضیحات تکمیلی
همراه با فهرست و منابع کامل
۴۵,۰۰۰ تومان

پایان نامه ای که به شما همراهان عزیز مسترداک معرفی میگردد از سری پایان نامه های رشته برق با عنوان طراحی و اعمال روش‏های مدلسازی و کنترلی پیشرفته چند ورودی چند خروجی روی کنترل‏ کننده قابل برنامه ‏ریزی PLC در 182 صفحه با فرمت Word (قابل ویرایش) در مقطع کارشناسی ارشد تهیه و نگارش شده است. امیدواریم مورد توجه کاربران سایت و دانشجویان عزیز مقاطع تحصیلات تکمیلی رشته های جذاب مهندسی برق قرار گیرد.

چکیده پایان نامه طراحی و اعمال روش‏های مدلسازی و کنترلی پیشرفته چند ورودی چند خروجی روی کنترل‏ کننده قابل برنامه ‏ریزی PLC

امروزه در اکثر صنایع از کنترل‏کننده‏های قابل برنامه‏ریزی ( PLC) به علت مزایای زیاد آن‏ها استفاده می‏شود. PLC های اولیه برای یک کنترل ساده منطقی طراحی گردیده و معمولا اجرای کنترل پیوسته ساده نیز با PLC های قدیمی امکان‏پذیر نیست و حتی در نوع پیشرفته‏ی آن‏ها نیاز به کارت‏ها و ماژول‏های اضافه می‏باشد. از طرفی تقاضا برای کنترل و مدلسازی پیشرفته برای بهبود محصولات در صنایع افزایش پیدا کرده است.

بنابراین ارتقاء و بهینه‏سازی شیوه‏های کنترلی PLC ها، یکی از موضوعات قابل بحث از نظر پیاده­سازی و صرف هزینه در صنایع خواهد بود. در این پایان نامه یکی از روش­های کنترلی جدید و مناسب نسبت به کنترل‏کننده‏های سنتی به نام کنترل مدل پیش‏بین، به منظور ارتقا قابلیت کنترلی PLC موجود طراحی و پیاده‏سازی شده است.

در این پایان‏ نامه دو موضوع جدید دنبال شده است. در گام اول، یک فرآیند به صورت دو ورودی-دو خروجی(MIMO) با تکمیل تجهیزات طراحی گردیده و برای این فرآیند دو متغیره نیمه صنعتی کنترل دما و سطح متصل به PLC-S7-300، پیاده‏سازی صورت گرفته است. از آنجا که PLC موجود از لحاظ قدرت پردازشی و حجم حافظه موجود در دسته PLC های متوسط قرار دارد و از طرف دیگر فرآیند مورد بررسی یک فرآیند چند متغیره می‏باشد، پیاده‏سازی روش کنترل مدل پیش‏بین روی این PLC، با ساده‏سازی‏های ابتکاری و مهندسی امکان پذیر شده است.

لازم به ذکر است که پیچیدگی محاسباتی روش کنترل مدل پیش‏بین برای حالت چند متغیره بسیار بیشتر از حالت تک متغیره می‏باشد. در گام دوم تنظیم پارامترهای MPC به صورت تحلیلی بررسی می‏شود و سپس روی فرآیند واقعی اعمال خواهد شد. لازم به یادآوری است که در تحقیقات قابل دسترس جهانی تاکنون گزارشی از کار مشابه این پایان نامه یافت نشده است. نتایج پیاده‏سازی‏ها، موفقیت و کارآمدی روش‏های پیشنهادی را به خوبی نشان می‏دهد.

مقدمه پایان نامه طراحی و اعمال روش‏های مدلسازی و کنترلی پیشرفته چند ورودی چند خروجی روی کنترل‏ کننده قابل برنامه ‏ریزی PLC

نیاز به کنترل­ کننده­ هایی با هزینه کمتر، کاربرد متنوع ­تر و سهولت استفاده بیشتر، منجر به توسعه کنترل­ کننده­های قابل برنامه­ریزی بر مبنای CPU[1] و حافظه شد و از آن­ها به صورت گسترده­ای در کنترل فرآیندها و ماشین­ لات استفاده گردید. کنترل­کننده­های قابل برنامه­ ریزی در آغاز به عنوان جانشینی برای سیستم­های منطقی رله­ای و تایمری غیر قابل تغییر توسط اپراتور طراحی شدند تا به جای تابلوهای کنترل متداول قدیمی استفاده شوند.

این کنترل­ کننده­ ها می­توانند برنامه­ریزی شوند و توسط کاربری که مهارت کار کردن با رایانه­ ها را ندارد، مورد استفاده قرار گیرند. این کار به وسیله­ی اجرای دستورالعمل­ های منطقی ساده که اغلب به شکل دیاگرام نردبانی هستند صورت می­گیرد و در واقع اجزای یک دیاگرام نردبانی یا یک برنامه نویسی ساده می­تواند جایگزین تعداد زیادی از سیم ‏کشی‏ های خارجی مورد نیاز برای کنترل یک فرآیند شود.  PLC ها دارای یک سری توابع درونی از قبیل تایمرها، شمارنده­ ها و شیفت رجیسترها می­باشند که امکان کنترل مناسب را حتی با استفاده از کوچکترین PLC نیز فراهم می ­آورند.

یک PLC با خواندن سیگنال­های ورودی کار خود را شروع کرده و سپس دستورالعمل­ های منطقی را که از قبل برنامه ریزی شده و در حافظه آن قرار  دارد، بر روی این سیگنال­های ورودی اعم از دیجیتال و آنالوگ اعمال می­کند و در نهایت سیگنال خروجی مورد نظر را برای راه­اندازی تجهیزات فرآیند تولید می­نماید. تجهیزات استانداردی در درون PLC تعبیه شده که به آنها اجازه می­دهد مستقیما و بدون نیاز به واسطه­ های مداری یا رله­ای، به المان­های خروجی یا محرک و مبدل­های ورودی متصل شوند، بنابراین تغییر در سیستم کنترل بدون نیاز به تغییر محل اتصالات سیم­ها ممکن شده و برای هر گونه تغییر کافی است که برنامه کنترلی که بر روی حافظه ی PLC ذخیره شده تغییر یابد [1].

فهرست پایان نامه طراحی و اعمال روش‏های مدلسازی و کنترلی پیشرفته چند ورودی چند خروجی روی کنترل‏ کننده قابل برنامه ‏ریزی PLC

فصل اول.. 1

1- مقدمه. 2

1-1- کنترل‏کننده‏های قابل برنامه‏ریزی (PLC). 2

1-2- ارتقاء و اعمال روش‏های کنترلی پیشرفته روی PLC ها 3

1-3- هدف تحقیق… 4

1-4- ساختار پایان‏نامه. 5

فصل دوم. 6

2- کنترل‏کننده‏ی قابل برنامه‏ریزی (PLC). 7

2-1- تاریخچه PLC.. 7

2-2- سخت افزار PLC.. 10

2-3- انواع PLC ها 14

2-4- مزایای استفاده از PLC ها 15

2-4-1- انعطاف‏پذیری… 15

2-4-2- تغییر در منطق برنامه و عیب‏یابی ساده. 15

2-4-3- در اختیار گذاشتن تعداد بسیار زیاد کنتاکتها. 16

2-4-4- هزینه کمتر. 16

2-4-5- قابلیت اجرای آزمایشی برنامه ایجاد شده قبل از اعمال به سیستم.. 16

2-4-6- نظارت عینی… 16

2-4-7- سرعت عمل.. 17

2-4-8- روش برنامه‏نویسی نردبانی… 17

2-4-9- قابلیت اطمینان و نگهداری… 17

2-4-10- مستند سازی… 18

2-4-11- امنیت… 18

2-5- استاندارد IEC 1131-3. 18

2-6- روش‏های ارتقاء قابلیت کنترلی PLC ها 20

فصل سوم. 23

3- مروری بر فعالیت‏های پیشین.. 24

3-1- مقدمه. 24

3-2- پیاده‏سازی روش کنترل مدل پیش بین روی PLC.. 24

فصل چهارم. 29

4- روش کنترل مدل پیش‏بین (MPC). 30

4-1- مقدمه. 30

4-2- توصیف روش کنترل مدل پیش‏بین.. 32

4-2-1- مدل پیش‏بینی شده. 32

4-2-2- تابع هدف… 33

4-2-3- به دست آوردن قانون کنترل.. 33

4-3- مزایا و معایب روش کنترل مدل پیش‏بین.. 34

4-4- روش کنترل مدل پیش‏بین تعمیم‏یافته برای فرآیندهای تک متغیره. 36

4-4-1- مقدمه.. 36

4-4-2- فرمول بندی کنترل پیش‏بین تعمیم یافته.. 37

4-5- کنترل پیش بین تعمیم‏یافته صنعتی برای فرآیندهای تک متغیره. 41

4-5-1 مدل فرآیند.. 41

4-5-2 محاسبه پارامترهای کنترلی… 45

4-6- روش کنترل پیش‏بین تعمیم‏یافته صنعتی برای فرآیندهای دارای خاصیت انتگرال‏گیر  47

4-6-1- محاسبه قانون کنترل.. 48

4-6-2- پارامترهای کنترل.. 49

4-7- معرفی روش کنترل مدل پیش‏بین تعمیم‏یافته برای فرآیند چند‏متغیره. 51

4-7-1- GPC چندمتغیره. 52

4-7-2- فرمول‏بندی کنترل مدل پیش‏بین تعمیم‏یافته.. 53

فصل پنجم.. 57

5- روش کنترل پیش‏بین تعمیم‏یافته صنعتی برای فرآیندهای چندمتغیره. 56

5-1- مقدمه. 56

5-2- فرمول‏بندی کنترل مدل پیش‏بین تعمیم‏یافته صنعتی چندمتغیره. 57

5-3- روش پیشنهادی برای محاسبه پارامترهای کنترل‏کننده. 64

5-3-1- معرفی شبکه‏های عصبی مصنوعی (ANN). 65

5-3-1-1- اجزای اصلی یک شبکه عصبی مصنوعی… 65

5-3-1-2-1- مدل پرسپترون.. 67

5-3-2- استفاده از شبکه عصبی مصنوعی برای محاسبه پارامترهای کنترل‏کننده IGPC.. 70

فصل ششم.. 75

6- طراحی فرآیند دو متغیره و سخت‏افزار فرآیند مورد مطالعه. 84

6-1- مقدمه. 84

6-2- اینورتر و کاربردهای آن.. 85

6-3- مزایا و کاربرد اینورترها 86

6-4- اینورتر مدل C2000 برای پمپ رفت آب… 88

6-5- اینورتر مدل VFD-B برای کنترل سرعت پمپ آب برگشت… 89

6-6- سخت‏افزار سیستم.. 91

6-6-1- کنترل‏کننده قابل برنامه‏ریزی و ماژول‏های آن.. 93

6-6-1-1- پردازنده PLC.. 93

6-6-1-2- ماژول ‏ورودی آنالوگ…. 95

6-6-1-2-1- عملکرد ماژول‏های آنالوگ ورودی… 96

6-6-1-3- ماژول آنالوگ خروجی… 97

6-6-1-4- کارت شبکه.. 97

6-7- سایر اجزای سخت‏افزاری فرآیند مورد مطالعه. 98

6-7-1- شیر برقی… 98

6-7-2- سنسور دما از نوع RTD.. 98

6-7-3- سنسور فشار. 100

6-8- نرم‏افزار سیستم و زبان برنامه‏نویسی.. 101

6-9- طراحی موج PWM برای اعمال به هیتر. 102

فصل هفتم.. 104

7- پیاده‏سازی روش‏های کنترل مدل پیش‏بین روی PLC.. 97

7-1- مقدمه. 97

7-2- پیاده‏سازی روش کنترل مدل پیش‏بین تعمیم‏یافته برای فرآیندهای دما و سطح.98

7-2-1- استخراج ماتریس‏های کنترلی روش GPC برای افق کنترل و پیش‏بین 6.. 98

7-2-2- پیاده‏سازی روش کنترل مدل پیش‏بین تعمیم‏یافته برای فرآیند حرارتی… 101

7-2-3- پیاده‏سازی روش کنترل مدل پیش‏بین تعمیم‏یافته برای فرآیند سطح… 107

7-3- پیاده‏سازی کنترل مدل پیش‏بین تعمیم‏یافته صنعتی.. 112

7-3-1- پیاده‏سازی کنترل مدل پیش‏بین تعمیم‏یافته صنعتی برای فرآیند حرارتی… 112

7-3-2- پیاده‏سازی کنترل پیش‏بین تعمیم‏یافته صنعتی برای فرآیند سطح… 114

7-4- طراحی و تنظیم پارامترهای کنترل‏کننده سنتی PID.. 117

7-4-1- ترم تناسبی کنترل‏کننده PID.. 117

7-4-2- ترم انتگرال‏گیر کنترل‏کننده PID.. 119

7-4-3- ترم مشتق‏گیر کنترل‏کننده PID.. 120

7-4-3-1- مشتق‏گیر با فیلتر. 121

7-5- پیاده‏سازی کنترل‏کننده PID.. 122

7-5-1 پیاده‏سازی کنترل‏کننده PID برای فرآیند حرارتی… 122

7-5-2- پیاده‏سازی کنترل‏کننده PID برای فرآیند سطح… 125

7-6- پیاده‏سازی کنترل پیش‏بین تعمیم‏یافته صنعتی برای فرآیند دومتغیره. 126

7-7- طراحی کنترل‏کننده PID همراه با جبرانساز برای فرآیند دو متغیره دما و سطح.136

7-8- استفاده از مدل چندگانه در روش کنترل مدل پیش‏بین برای فرآیند چندمتغیره  140

فصل هشتم.. 145

8- جمع‏بندی و پیشنهادات… 146

8-1- جمع‏بندی.. 146

8-2- پیشنهادات… 148

منابع.. 149

پیوست‏ها 154

پیوست (الف). 154

پیوست (ب). 158

فهرست جدول‏ ها

جدول 5-1. خلاصه‏ای از توابع شبکه. 66

جدول 5-2. توابع فعالسازی و مشتق آن‏ها. 66

جدول 5-3. الگوریتم‏های بهینه‏سازی غیرخطی تکرارپذیر برای محاسبه ماتریس وزنی شبکه MLP. 70

جدول 5-4. مشخصات شبکه عصبی. 72

جدول 7-1. مقایسه روش GPC استاندارد و صنعتی با کنترل‏کننده PI برای فرآیند دما. 125

جدول7-2. مقایسه روش GPC استاندارد و صنعتی با کنترل‏کننده PI برای فرآیند سطح.. 126

فهرست شکل‏ها و تصاویر

شکل 2-1. ساختار داخلی یک کنترل کننده قابل برنامه‏ریزی.. 10

شکل 2-2. اجزای یک PLC ماژولار. 11

شکل4-1. ساختار کلی کنترل‏کننده MPC.. 34

شکل 4-2. قانون کنترل GPC.. 40

شکل 4-3. ساختار کنترل‏کننده GPC صنعتی.. 44

شکل 4-4. پارامترهای کنترلی.. 45

شکل 5-1. رایج‏ترین مدل نرون بر اساس کار MsCulloch و Pitt. 65

شکل 5-2. مدل شبکه عصبی پرسپترون. 67

شکل 5-3. نمونه‏ای از شبکه پرسپترون سه لایه. 69

شکل 5-4. تعداد ورودی و خروجیهای شبکه عصبی طراحی شده. 71

شکل 5-5. رگرسیون داده‏های تست و داده‏های واقعی برای پارامتر . 72

شکل 5-6. رگرسیون داده‏های تست و داده‏های واقعی برای پارامتر . 72

شکل 5-7. رگرسیون داده‏های تست و داده‏های واقعی برای پارامتر . 73

شکل 5-8. رگرسیون داده‏های تست و داده‏های واقعی برای پارامتر . 73

شکل 5-9. ساختار کنترل مدل پیش‏بین تعمیم‏یافته صنعتی برای فرآیندهای MIMO. 74

شکل 6-1. اینورتر مدل C2000. 89

شکل 6-2. پمپ و اینورتر مسیر رفت. 89

شکل 6-3. اینورتر مدل VFD-B. 90

شکل 6-4. پایه‏های ورودی و خروجی اینورتر مدل VFD-B.. 90

شکل 6-5. پایه‏های آنالوگ اینورتر. 90

شکل 6-6. نمایی از فرآیند دما و فشار در آزمایشگاه دانشگاه شیراز. 92

شکل 6-7. PLC S7-300  به انضمام ماژول های آنالوگ در آزمایشگاه. 93

شکل 6-8. نحوه قرارگیری PLC  روی Rack.. 94

شکل 6-9. PLC S7-300 CPU312C.. 94

شکل 6-10. مبدل MPI. 95

شکل 6-11. شیر یرقی Valve 2pv250E. 98

شکل 6-12. سنسور PT100. 99

شکل 6-13. نحوه اتصال PT100 به کارت آنالوگ… 100

شکل 6-14. سنسور BCT110 و نحوه اتصال آن به کارت آنالوگ… 100

شکل 6-15. روند طراحی توابع مورد نیاز برای پیاده‏سازی روی PLC.. 102

شکل 6-16. چگونگی طراحی موج PWM در نرم‏افزار simatic manager. 103

شکل 7-1. دمای مخزن اول (خروجی) 101

شکل 7-2. ولتاژ اعمالی به هیتر (درصد) 101

شکل 7-3. نتیجه اعمال کنترل‏کننده GPC برای افق کنترل و پیش‏بین 6 برای مقادیر مختلف  . 103

شکل 7-4. سیگنال کنترل اعمال شده(درصد). 104

شکل 7-5. مجموعه توابع ساخته شده برای پیاده‏سازی الگوریتم GPC برای افق کنترل و پیش‏بین 6. 105

شکل 7-6. مقدار کمینه و بیشینه زمان اسکن برنامه. 105

شکل 7-7. نتیجه اعمال کنترل‏کننده GPC با وقفه زمانی برای افق کنترل و پیش‏بین 6 برای مقادیر مختلف . 106

شکل 7-8 سیگنال کنترل اعمال شده (درصد). 106

شکل 7-9. تابع ساخته شده برای پیاده‏سازی الگوریتم GPC با افق کنترل و پیش‏بین 6 به همراه تاخیر. 107

شکل 7-10. سطح مایع تانک اول (خروجی). 108

شکل 7-11. فرکانس اعمال شده به اینورتر (درصد) 108

شکل 7-12. نتیجه اعمال روش کنترل مدل پیش‏بین با افق کنترل و پیش‏بین 6 برای فرآیند سطح.. 110

شکل 7-13. سیگنال کنترل اعمال شده (درصد) 110

شکل 7-14. تابع ساخته شده در نرم‏افزار siamtic manager برای اعمال الگوریتم به فرآیند. 111

شکل 7-15. زمان اسکن برنامه. 111

شکل 7-16. نتیجه اعمال روش کنترل مدل پیش‏بین با افق کنترل و پیش‏بین 6 با مدل درجه 1 برای فرآیند سطح   112

شکل 7-17. سیگنال کنترل اعمال شده (درصد) 112

شکل 7-19. پیاده‏سازی IGPC برای . 113

شکل 7-20. پیاده‏سازی IGPC برای . 114

شکل 8-21. توابع ساخته شده برای محاسبه پارامترهای کنترل و سیگنال کنترل. 115

شکل 7-22. نتیجه اعمال روش کنترل مدل پیش‏بین تعمیم‏یافته صنعتی با مقادیر مختلف  برای فرآیند سطح. 116

شکل 7-23. سیگنال کنترل اعمال شده (درصد) 116

شکل 7-24. دیاگرام بلوکی کنترل فرآیند با حلقه فیدبک… 117

شکل 7-25. دیاگرام بلوکی کنترل فرآیند با حلقه فیدبک و حضور نویز و اغتشاش… 118

شکل 7-26. تاثیر ترم انتگرال‏گیر در کاهش خطای ماندگارکنترل‏کننده PI. 119

شکل 7-27. تعبیر ترم مشتق‏گیر. 120

شکل 7-28. نتیجه اعمال کنترل‏کننده PI در مقایسه با کنترل‏کننده P. 123

شکل 7-29. سیگنال کنترل اعمال شده (درصد). 123

شکل 7-30. پیاده‏سازی کنترل‏کننده PI برای فرآیند دما و مقایسه آن با روش IGPC.. 124

شکل 7-31. پیاده سازی کنترل‏کننده PI برای فرآیند سطح.. 125

شکل 7-32. داده‏های شناسایی و مدل تقریب زده شده متناظر برای فرآیند دو ورودی دو خروجی موجود در آزمایشگاه  128

شکل 7-33. خروجی سطح در روش IGPC.. 130

شکل7-34. خروجی دمای روش IGPC.. 130

شکل 7-35. سیگنال کنترل اعمال شده متناظر با دما (درصد) 130

شکل 7-36. سیگنال کنترل اعمال شده متناظر با سطح (درصد) 131

شکل 7-37. نتیجه اعمال روش IGPC برای خروجی دما (سانتیگراد) و سیگنال کنترل متناظر آن (درصد). 131

شکل 7-38. نتیجه اعمال روش IGPC برای خروجی سطح (سانتیمتر) و سیگنال کنترل متناظر آن (درصد). 132

شکل 7-39. نتیجه اعمال روش IGPC برای خروجی دما و سیگنال کنترل متناظر (درصد). 134

شکل 7-40. نتیجه اعمال روش IGPC برای خروجی سطح و سیگنال کنترل متناظر (درصد) 134

شکل 7-41. مقایسه روش IGPC برای افق پیش‏بین 15 و 4. 135

شکل 7-42. یک سیستم دو متغیره با اثر متقابل.. 136

شکل 7-43. بلوک دیاگرام کلی سیستم چند متغیره با جبران‏کننده. 137

شکل 7-44. سیستم کنترل جبرانساز. 138

شکل 7-45. نتایج اعمال کنترل‏کننده PI همراه با جبرانساز در مقایسه با روش IGPC. 138

شکل 7-46. سیگنال کنترل اعمال شده در روش PI همراه با جبرانساز در مقایسه با روش IGPC برای خروجی دما. 139

شکل 7-47. نتیجه اعمال روش PI همراه با جبرانساز در مقایسه با روش IGPC برای خروجی سطح. 139

شکل 7-48. شکل هندسی نواحی کار مختلف سیستم. 141

شکل 7-49. نواحی کار در نظر گرفته شده برای فرآیند دو متغیره موجود درآزمایشگاه. 141

شکل 7-50 . جدول Look Up. 142

شکل 7-51. خروجی سطح روش IGPC و سیگنال کنترل متناظر (درصد) 143

شکل 7-52. اثر سیستم جبرانساز. 143

شکل 7-53. خروجی دما روش IGPC و سیگنال کنترل متناظر در نقطه کار اول (درصد). 143

شکل 7-54. خروجی دما روش IGPC و سیگنال کنترل متناظر در نقطه کار دوم (درصد). 144

چکیده پایان نامه طراحی و اعمال روش‏های مدلسازی و کنترلی پیشرفته چند ورودی چند خروجی روی کنترل‏ کننده قابل برنامه ‏ریزی PLC با فرمت ورد (doc) به تعداد 182 صفحه تایپ شده است  که  کاملا قابلیت ویرایش دارد و اگر درون یک فایل فایل فشرده (zip) است باید توسط برنامه هایی از قبیل winrar  آن را از حالت فشرده(extract)خارج سازید و توسط برنامه ی MICROSOFT WORD فایل را باز کنید.

  راهنمای خرید:
  • لینک دانلود فایل بلافاصله بعد از پرداخت وجه به نمایش در خواهد آمد.
  • همچنین لینک دانلود به ایمیل شما ارسال خواهد شد به همین دلیل ایمیل خود را به دقت وارد نمایید.
  • بهتر است ابتدا در سایت ثبت نام کنید و بعد اقدام به خرید فایل مورد نظر کنید.
  • ممکن است ایمیل ارسالی به پوشه اسپم یا Bulk ایمیل شما ارسال شده باشد.
  • در صورتی که به هر دلیلی موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید با ما تماس بگیرید.