۶۰

۵۲۹۵/۲

۵/۲۱۹۸۷۵۲

۳۱۴۴۷۲/۸

شکل ۳-۱۵– دمای خروجی در حالت ماندگار
شکل ۳-۱۶– گازهای خروجی در حالت ماندگار
با توجه به ورودی‌ متناسب با فرایند در حالت ماندگار که در اینجا مقدار پله برای دمای ورودی گاز ترکیبی به راکتور، اعمال شده است و همچنین سایر مقادیر اولیه طبق جدول ۳-۲؛ همانطور که در شکل‌های ۳-۱۵ و ۳-۱۶ مشاهده می‌شود، نتایج نمودار شبیه‌سازی شده نشان دهنده‌ی عملکرد صحیح فرایند و شبیه‌سازی برنامه درحالت ماندگار می‌باشد. زیرا که مقادیر دمای خروجی و کلیه‌ی گازهای خروجی از راکتور، بطور تقریبی به حالت ماندگار خود رسیده‌اند. علاوه بر آن، هدف از انجام فرایند که همانا هیدروژناسیون کامل گاز استیلن یا به عبارت دیگر حذف کامل آن در انتهای فرایند می‌باشد، برآورده شده است.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

این نکته قابل توجه می‌باشد که می‌توانیم با اعمال تغییرات در دمای ورودی به راکتور (برای مثال بصورت ورودی پله)، مقدار غلظت استیلن خروجی را به میزان مطلوب تغییر داد. به عنوان مثال، در شکل ۳-۱۷ مشاهده می‌گردد که اگر در دمای ورودی سیستم تغییرات یک واحد ایجاد شود، بدین معنی که به سیستم ورودی پله‌ی یک واحد داده شود، غلظت خروجی استیلن مقدار ppm ۶/۵ و اگر به سیستم پله‌ی ۱۰ واحدی وارد شود، غلظت خروجی استیلن مقدار ppm ۶/۲ را به خود می‌گیرد. از اینرو می‌توان این نتیجه را گرفت که تنها با تغییرات در دمای سیستم و اعمال ورودی به تابع تبدیل دمای راکتور که در رابطه‌ی ۳-۲۴ به آن دست یافتیم، می‌توان به هیدروژناسیون استیلن یا به عبارت دیگر، حذف آن در طی فرایند دست یافت.

شکل ۳-۱۷– مقایسه‌ی غلظت خروجی استیلن به ازای ورودی تغییرات دمای متفاوت
فصل چهارم
طراحی کنترل کننده
۴-۱- مقدمه
دانش کنترل در دنیای امروز به قدری گسترش یافته که تقریباً می‌توان گفت در تمامی شاخه‌های علوم، اعم از فنی، زیستی، اجتماعی و اقتصادی وارد شده است. در واقع در هر جایی که مفهوم سیستم وجود داشته باشد و تعریف گردد، نیاز به مدل‌سازی، و سپس کنترل سیستم و ارائه روش‌هایی سیستماتیک متناسب با نیازهای موجود نیز پدید خواهد آمد. در چهار دهه گذشته مبحث مهندسی کنترل پیشرفت‌های زیادی داشته است. بگونه‌ای که بدون استفاده از نرم‌افزارها و منطق‌های جدید کنترلی، کنترل سیستم‌های پیچیده بسیار دشوار می‌باشد [۲۶]. همچنین در سال‌های اخیر کنترل اتوماتیک نقش عمده‌ای در پیشرفت صنایع داشته است و امروزه کنترل اتوماتیک یک قسمت مهم و جدا‌نشدنی از فرایند می‌باشد. صنایع مختلف از واحدهای کوچک تا مجتمع‌های عظیم صنعتی همه به نحوی از دستگاه‌های کنترل استفاده می‌کنند. بطوری که بهره‌برداری مطلوب از یک واحد صنعتی از نظر اقتصادی و فنی بدون استفاده از سیستم کنترل اتوماتیک میسر نخواهد بود [۲۷]. اگر بخواهیم یک تعریف کلی از کنترل ارائه دهیم، می‌توان گفت که هدف این علم، کنترل متغیرهای اساسی سیستم بر مبنای برخی ملاک‌های مطلوب (که متغیرهای خروجی می‌تواند تنها بخشی از این متغیرها باشند) می‌باشد. به بیان دیگر، کنترل را می‌توان عملیات حفظ حالت سیستم داده شده در شرایط مطلوب تعریف کرد. به طور کلی می‌توان گفت مهندسی کنترل حلقه اتصال میان مهندسی برق و رشته‌های دیگر می‌باشد. امروزه مهندسی کنترل به صورت بخش اصلی و مهمی از فرایندهای صنعتی و تولیدی در آمده ‌است.
۴-۲- تعریف کنترل کننده
کنترل کننده بخشی است که در آن تصمیم‌گیری در خصوص کمیت و کیفیت تغییرات اعمالی روی فرایند انجام می‌گیرد. ورودی به کنترل کننده سیگنال خطا و خروجی از آن، سیگنال دستور کنترلی می‌باشد. برای بدست آوردن تابع تبدیل باید ارتباط ریاضی بین این دو موضوع را یافت. البته لازم بذکر است که برای کنترل کننده‌های مکانیکی هر تابع ریاضی قابل اعمال نیست، اما در سیستم‌های کنترلی دیجیتالی این محدودیت تا حدود زیادی برطرف شده است [۲۶].
تئوری کنترل در ۱۲۰ سال گذشته گام‌های بلندی در جهت تحقق اهداف کنترلی برداشته است. این امر با بکارگیری روش‌های تحلیل حوزه فرکانسی و تبدیلات لاپلاس در حل مدل‌های ریاضی محقق شد، که عمدتاً به دهه‌ های سوم و چهارم قرن بیستم نسبت داده می‌شود. بعد از آن و در دهه‌ های پنجم و ششم قرن بیستم، روش آنالیز فضای حالت در کنترل بهینه^[۵۳] معرفی شد. در این دو دهه و در ادامه تحقق کنترل بهینه به تئوری کنترل فرایندهای اتفاقی^[۵۴]، کنترل مقاوم^[۵۵]، کنترل تطبیقی^[۵۶]، کنترل غیرخطی^[۵۷] و کنترل فازی^[۵۸] نیز پرداخته شد. لذا از آن به بعد، ساخت و بکارگیری سیستم‌های کنترلی بسیار قابل اطمینان، سریع و با دقت بیشتر، میسر گردید. این سیستم‌ها به سادگی قابلیت کنترل فرایندهای پیچیده‌تر را دارا هستند. در این جا لازم است که سیستم‌های کنترلی را بصورت کلی بدین شکل تقسیم‌بندی کرد. به سیستم‌های کنترلی که در آن‌ها با بکارگیری مدل‌های ریاضی به کمک نرم‌افزار، روش‌های تجزیه و تحلیل سروکار داریم را جزء دسته‌ی سیستم‌های کنترل مدرن و سایر سیستم‌های کنترلی را جزء دسته‌ی سیستم‌های کنترل کلاسیک به حساب ‌آوریم [۲۷].
۴-۳- کنترل مدرن
همانطور که ذکر گردید، کنترل مدرن یکی از دو دسته‌ی انواع کنترل کننده‌ها است. در طول چند سال گذشته، تئوری کنترل مدرن خطی به سرعت در حال پیشرفت بوده و در حال حاضر به عنوان یک ابزار قدرتمند و برجسته عملی، برای به رسمیت شناختن راه حل مشکلات کنترل بازخورد خطی است. همچنین می‌توان کنترل مدرن را تا به امروز بصورت کلی در کنترل بهینه، کنترل مقاوم، کنترل تطبیقی، کنترل غیرخطی، کنترل فازی و کنترل نوین فرایندهای صنعتی خلاصه کرد [۲۸]. لذا از آنجایی که بدلیل موضوع مورد پژوهش در این فصل به مفاهیم کنترل کننده‌های فازی نیز نیاز است، از اینرو تنها به شرح مختصر از این کنترل کننده‌ پرداخته خواهد شد.
۴-۳-۱- مقدمه‌ای بر سیستم‌های فازی
واژه‌ی فازی در فرهنگ لغت آکسفورد بصورت “مبهم، گنگ، نادقیق، گیج، مغشوش و نامشخص” تعریف شده است. اساساً اگر چه سیستم‌های فازی پدیده‌های غیر قطعی و نامشخص را توصیف می‌کنند، با این حال خود تئوری فازی، یک تئوری دقیق است [۲۹]. منطق فازی اولین بار توسط پروفسور لطفی علی عسگرزاده در سال ۱۹۶۵ میلادی ارائه شد. فازی در واقع منطقی فراتر از منطق کلاسیک و ارزش‌های صفر و یک است، و هدف آن ارائه‌ یک مجموعه فازی، ایجاد روشی نوین در بیان عدم‌قطعیت‌ها و ابهامات موجود در زندگی بصورت چند ارزشی است. در سال ۱۹۷۵ میلادی، آقایان ممدانی^[۵۹] و اصیلیان^[۶۰] برای اولین بار این منطق کنترلی را روی یک فرایند صنعتی پیاده کردند، که از آن پس توجه محققان به جهت طراحی کنترل کننده‌هایی با این سبک، افزایش یافت. از آن به بعد استقبال بسیاری از این کنترل کننده در صنعت شد، که می توان در این میان به معروف‌ترین آن‌ها اشاره کرد. از جمله‌ی آن می‌توان به مواردی اشاره نمود همچون کنترل فازی تثبیت کننده‌ی تصویر دیجیتال، کنترل فازی کوره سیمان در سال ۱۹۷۰ میلادی، کنترل فازی ماشین شستشوی لباس در سال ۱۹۹۰ میلادی، کنترل فازی قطار زیر زمینی سندایی در سال ۱۹۹۱ میلادی و کنترل فازی در خودرو (شرکت میتسوبیشی) در سال ۱۹۹۲ میلادی [۲۹].
تمامی نظریه‌های علوم مهندسی، دنیای واقعی را به شکل تقریبی، توصیف می‌کنند، به عنوان مثال در عالم واقع بیشتر سیستم‌ها بصورت غیرخطی می‌باشند، ولی تمامی مطالعات و بررسی‌ها بر روی سیستم‌های خطی است. یک تئوری مهندسی خوب از یک سو باید بتواند مشخصه‌ های اصلی و کلیدی دنیای واقعی را توصیف کرده و از سوی دیگر قابل تجزیه و تحلیل ریاضی باشد. بنابراین تئوری فازی از این جنبه تفاوتی با سایر تئوری‌های علوم مهندسی ندارد. در سیستم‌های عملی اطلاعات مهم از دو منبع مهم سرچشمه می‌گیرند. یکی از اطلاعات، افراد خبره می‌باشد. که دانش و آگاهی آن‌ها را در مورد سیستم به زبان طبیعی تعریف می‌کنند و دیگری اندازه‌گیری‌ها و مدل‌های ریاضی هستند، که از قواعد فیزیکی مشتق شده‌اند. بنابراین یک مساله‌ی مهم، ترکیب این دو نوع اطلاعات در طراحی سیستم‌ها می باشد. سیستم‌های فازی، سیستم‌های مبتنی بر قواعد یا دانش می‌باشند. بدین معنا که بر پایه‌ی مدل استوارند، اما این مدل دارای یک رابطه ریاضی مرسوم نیست. قلب یک سیستم فازی، پایگاه دانش آن بوده که از قواعد اگر- آنگاه^[۶۱] فازی تشکیل شده است. یک قاعده‌ی اگر- آنگاه فازی، یک عبارت اگر- آنگاه بوده که بعضی از کلمات آن بوسیله‌ی توابع تعلق پیوسته مشخص شده است. در واقع نقطه‌ی شروع ساخت یک سیستم فازی، بدست آوردن مجموعه‌ای از قواعد اگر- آنگاه فازی از دانش افراد خبره در حوزه‌ی مورد بررسی است. در مرحله‌ی بعد، می‌بایست به ترکیب این قواعد در یک سیستم واحد پرداخت [۲۹].
سیستم‌های فازی مختلف از اصول و روش‌های متفاوتی برای ترکیب این قواعد استفاده می‌کنند. در کتب و مقالات، معمولاً از سه نوع سیستم فازی صحبت شده است [۲۹].
– سیستم‌های فازی خالص.
– سیستم‌های فازی تاکاگی- سوگنو و کانگ^[۶۲] (TKS).
– سیستم‌های فازی با فازی‌ساز و غیرفازی‌ساز.
در شکل ۴-۱ دیاگرام بلوکی از ساختار یک سیستم فازی خالص، در شکل ۴-۲ دیاگرام بلوکی از ساختار یک سیستم فازی TSK و در شکل ۴-۳ دیاگرام بلوکی از ساختار یک سیستم فازی را به همراه فازی‌ساز و غیرفازی‌ساز نشان داده شده است. در این پژوهش برای طراحی کنترل کننده‌ فازی از ساختار سیستم فازی به همراه فازی فازی‌ساز و غیرفازی‌ساز استفاده شده است.
پایگاه قواعد فازی
موتور استنتاج فازی
شکل ۴-۱– دیاگرام بلوکی از ساختار یک سیستم فازی خالص [۲۹]
پایگاه قواعد فازی
میانگین وزنی
شکل ۴-۲– دیاگرام بلوکی از ساختار یک سیستم فازی TSK [۲۹]
پایگاه قواعد فازی
فازی‌ساز