وبلاگ

:
هدف اصلی یک سیستم کنترل این است که خروجی یک فرایند دینامیکی به یک روش قطعی رفتار کند. این رفتار مطلوب خروجی، به وسیله دستکاری روی ورودی فرایند دنبال می شود. با این حال شرایط سخت مانند محدودیت هایی روی کنترل ها یا حالت ها و اهداف کارآیی، مخالف انجام رفتار مطلوب فرایند کنترلی که معمولاً شامل یک مدل ریاضی از فرایند دینامیکی، مدل پلنت یا مدل نامی می باشد، است. در نتیجه بسیاری از رفتارهای واقعی پلنت نمی توانند در یک روش دقیق از مدل پلنت که منجر به عدم قطعیت ها می شود، بیان شوند. معمولاً مشخصات کارآیی بالا در بخش هایی از مدل داده می شوند. به این دلیل مشخصات عدم قطعیت های مدل بایستی با فرآیند طراحی یکی شود تا یک سیستم کنترلی معتبر که قادر به رسیدگی به فرایند واقعی باشد فراهم آید و تکمیل نیازهای کارایی را تضمین کند.

ترم پایداری معمولا برای مشخص کردن توانایی یک سیستم کنترلی در مقابله با عدم قطعیت استفاده می شود. از این رو مشخصات کارآیی معمولاً برای مسئله رگولاسیون و یا مسئله ترکینگ داده می شود. مسئله اول برای اداره ورودی پلنت جهت حذف اثر اغتشاشات خارجی می باشد. مسئله دوم برای به کار بردن ورودی پلنت برای نزدیک نگه داشت مقادیر کنترل شده به سیگنال مرجع داده شده می باشد. نکته

 کلیدی روشی است که در آن کنترل کننده، سیگنال کنترلی را با رفتار مناسب تولید می کند.

تعداد زیادی روش و استراتژی متفاوت برای اینکه از عهده این امر برآید که به مسئله طراحی معروف است، وجود دارد. با این حال هر انتخاب ممکنی می تواند به عنوان کنترل حلقه باز یا کنترل حلقه بسته طبقه بندی شود.
با اینکه دو انتخاب وجود دارد اما زمانی که به رفتار آن فکر می کنیم، شکل بندی حلقه بسته به طور اتوماتیک ظاهر می شود. این امر به این دلیل است که سیستم کنترل حلقه باز (که در شکل (الف) نشان داده شده است) تنها در بعضی موارد ساده موثر است و شرایطی که در آن تغییرات پلنت و اغتشاشات خروجی باعث می شوند تا خروجی واقعی از ورودی مرجع مشخص شده انحراف پیدا کند، موثر نیست. بنابراین در شکل بندی حلقه باز هیچ روشی برای فهمیدن اینکه ایا متغیرهای خروجی از مقدار مطلوب خودش منحرف می شوند، وجود ندارد و این امر دلیل معرفی فیدبک می باشد. بدون فیدبک هیچ وسیله مقایسه بین رفتار واقعی فرایند با رفتار مطلوب و تصحیح اتوماتیک کارآیی آن وجود ندارد. همچنین کنترل فیدبک می تواند به منظور خنثی کردن اثرات پنهانی متغیرهای پلنت و اغتشاشات خارجی مورد استفاده واقع شود. به عبارت دیگر وجود سیگنال فیدبک به لزوم یک اندازه گیری فیزیکی اشاره می کند. یک سنسور برای نمایش متغیر خروجی مورد نیاز است.

:
موفقیت موشك پایداری ماهواره برای ها، فضاپیماها مورد توجه زیادی قرار گرفته است. گشتاورهای محیطی ماهواره از جمله ، گشتاور جاذبه، فشار امواج خورشید، آیرودینامیك، میدان مغناطیسی و نیروی عكس العمل ملكولهای آزاد سبب ناپایداری و اغتشاش در مسیر حركت ماهواره میشوند. بسیاری از ماهواره هایی كه در زمینه بررسی وضعیت زمین مورد استفاده قرار گرفتهاند، در مدارات كروی قرار دارند. بدلیل وجود تاثیرات اغتشاشی بیشتر در مدارات بیضوی، بدلیل تغییر شعاع مدار، سرعت و درنتیجه ایجاد شتاب در ماهواره، كنترل ماهواره در مدارات بیضوی اهمیت بیشتری نسبت به مدارات كروی دارد. اما به دلیل اینكه سیستم های نظامی، تلویزیونی، مخابراتی و هماشناسی و… ملزم به قرارگیری در یك نقطه زمین و چرخش در مدار كروی میباشند، بسیاری از تحقیقات گرایش به سمت مدارات كروی دارد.
یكی از مقالاتی كه در سال 2008 منتشر شده است، در زمینه كنترل ماهواره در مدارات كروی و بیضوی با استفاده از امواج خورشیدی میباشد. برای طراحی كنترلر از روش كلاسیك PD كنترلر استفاده شده است. این كنترلر بر اساس مدل خطی سیستم طراحی شده، از این رو، هنگامیكه انحراف اولیه ماهواره زیاد میشود سیستم دچار ناپایداری میشود.

همچنین استفاده از امواج خورشید سبب می شود تا عملکرد کنترلر وابسته به نور خورشید بوده و هنگامی که ماهواره از سایه زمین عبور می کند کنترلر عملا غیر استفاده می شود. برای حل این مشکل، ما روش جدیدی را ارائه داده ایم که در آن مشکلات بیان شده مرتفع شده

 است. سیستم پیشنهادی هم در مدارای کروی و هم در مدارات بیضوی پاسخ را داده است.

بخش 1
کلیات
1-1) ی بر روش های پیشین کنترل ماهواره
پس از پرتاب اولین ماهواره در سال 1957، کنترل حالت ماهواره دارای اهمیت بالایی می باشد. برای کنترل حالت ماهواره، روش های کنترلی زیادی ارائه شده و از محرک های مختلفی استفاده شده است.
به طور کلی، همه روش ها به دو دسته فعال و غیرفعال تقسیم می شود:
روش فعال به روشی گفته شده که در آن، یک منبع خارجی به عنوان محرک برای تولید گشتاور مورد استفاده قرار گرفته که سبب افزایش وزن می شود. اما مزیت این منابع خارجی این است که می توان توسط آن، ماهواره را با دقت بالایی کنترل کرد.
در مقابل، در روش های غیرفعال از نیروهای خارجی برای کنترل استفاده می شود، مانند: نور خورشید و میدان مغناطیسی زمین. استفاده از این نیروها سبب کاهش تجهیزات ساخت در طراحی محرک ها می شود.

:
معادله یک سیستم دینامیکی، معادله دیفرانسیل معمولی توصیف کننده آن است. در یک سیستم دینامیکی که تاخیر زمانی نیز دارد، معادله سیستم تبدیل به یک معادله دیفرانسیل تاخیری می گردد. مثالهایی از معادله دیفرانسیل تاخیری را می توان در بسیاری از مراجع یافت. همچنین اکنون معلوم شده است که تاخیرها به طور طبیعی قسمتی از فرایندهای دینامیکی هستند که در فیزیک، علوم زیستی و مهندسی وجود دارند. سیستم های حرارتی، دینامیک نرخ رشد جمعیت و پدیده های ارتباطی یا کنترل سیستم ها از راه دور مثالهایی از این فرایندهای تاخیری هستند. حتی اگر تاخیر در دینامیک سیستم ها از راه دور مثالهایی از این فرایندهای تاخیری هستند. حتی اگر تاخیر در دینامیک سیستم موجود نباشد، هنگامیکه سیستم تحت کنترل قرار می گیرد، تاخیر به آن اعمال می گردد مثلا در استفاده از تبدیل کننده های آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ.
1- پایدارسازی:
اگرچه ولترا (Volterra) در دهه سی قرن گذشته در تحقیقات خود در زمینه دینامیک رشد جمعیت و قابلیت کشسانی مفهوم تغیرات تابع انرژی در طول مسیر جواب یک معادله دیفرانسیلی تاخیری را بررسی کرده است، ولی ایده اصلی مطالعه پایداری و پایدارسازی معادلات دیفرانسیل تاخیری به کارهای کراسوفسکی (krasovskii) به دهه شصت بر می گردد. او روش دوم لیاپانوف را در این زمینه تعمیم داد. در دهه های بعد، محققان زیادی با استفاده از همین روش مسئله پایداری معادلات دیفرانسیل تاخیری را مورد توجه قرار دادند. در دهه نود روش های جدیدی در برخورد با مسئله تاخیر مطرح شد.
مجموعه ای از روشها و مفاهیم در زمینه پایدارسازی معادلات دیفرانسیل تاخیری را می توان در این مقالات یافت. با توجه به این مقالات، سه جهت اصلی در بررسی پایداری و پایدارسازی معادلات دیفرانسیل تاخیری خطی وجود دارد:

1- بررسی پایداری در حوزه فرکانس؛ بسط روش هورویتز به معادلات دیفرانسیل تاخیری، بسط روش مکان هندسی ریشه ها.
2- بررسی در حوزه زمان؛ با استفاده از روش دوم لیاپانوف تعمیم یافته برای معادلات دیفرانسیل تاخیری و بر مبنای اصل مقایسه.
3- بررسی براساس مقادیر ویژه؛ یک روش آن تعمیم روش جایابی قطب کلاسیک است که در این پایان نامه بررسی می گردد و نیز روشی بر مبنای جایابی طیف محدود.
تمام روش های آورده شده از مدل کردن یک سیستم با تاخیر زمانی به صورت معادلات دیفرانسیل تابعی حاصل می شوند. روش های 2و3 در حوزه فضای حالت هستند.
2. جایابی قطب پیوسته:
در سال 2002 روش جدیدی در پایدارسازی سیستم های خطی تاخیری یک ورودی با فیدبک حالت تحت عنوان «روش جایابی قطب پیوسته» مطرح شده است. این روش برمبنای کنترل ریشه های سمت راست معادله مشخصه و تغییر جزئی آن با تغییر جزئی بهره فیدبک است. با توجه به شباهت این روش با روش جایابی قطب کلاسیک و ویژگی تغییرات جزئی با رابطه مشتق گیری، این روش جایابی قطب پیوسته نامیده می شود.

:
جذابیت های خاص ارتباطات بدون سیم و مزایای حاصل از آن شركتهای مطرح دنیا را بر آن داشت تا در اواخر قرن بیستم میلادی ضمن تشكیل گروه كاری موسوم به BSIG استانداردی را تحت عنوان Bluetooth تدوین نمایند كه در آن ضوابط و شرائط انتقال داده در برد كوتاه تعریف و در محدوده فركانسی ISM تبیین شده است .افزایش تمایل سایر شركتهای مرتبط برای عضویت در گروه BSIG از یك سو و روند صعودی تولید تجهیزات مبتنی بر این استاندارد، Bluetooth  را در فرصت زمانی بسیار كوتاه بعنوان یك تكنیك كارآمد در طراحی و ساخت تجهیزات الكترونیكی و مخابراتی تبدیل نمود.این موفقیت چشمگیر انگیزه كارشناسان و اساتید صنعت الكترونیك و مخابرات را بیش از پیش برای تحقیق ، تفحص و بكارگیری این تكنیك افزایش داد كه متخصصین كشور ما نیز از این قاعده مستثنی نبودند.از آنجا كه یكی از بخشهای ضروری و اجتناب ناپذیر یك سیستم ارتباطی ، بخش رادیوئی (RF) آن می باشد ،طراحی و شبیه سازی فرستنده / گیرنده مبتنی بر استاندارد Bluetooth در این پایان انجام پذیرفته است.
در فصل های مختلف گزارش تقدیم شده در ابتدا فناوری Bluetooth و استاندارد بخش RF معرفی و تشریح می شود. پس از آن در فصل دیگر چند مدار مجتمع مشابه مورد بررسی و آنالیز قرار می گیرد.سپس مدار پیشنهادی تشریح و ضمن معرفی اجزاء آن، نتایج شبیه سازی گزارش می شود.
فصل اول: کلیات
1-1- هدف
هدف از انجام این پروژه،شبیه سازی بخش رادیوئی سیستم انتقال بی سیم برد کوتاه مبتنی براستاندارد زمی باشد.
2-1- پیشینه تحقیق

با توجه به زمان انجام پروژه و تازگی موضوع در سطح دانشگاه های کشور،پروژه های تحقیقاتی در این زمینه تعریف و انجام نپذیرفته بود. ولیکن با توجه به جذابیت های این فناوری جدید در بازارهای مختلف از جمله ایران و توجه شرکت های مخابراتی – تحقیقاتی به این

 پدیده،موضوع پایان نامه به عنوان یک موضوع جدید تعریف و تصویب گردید.

3-1- روش کار و تحقیق
در فصل دوم تحت عنوان “آشنائی با فناوری Bluetooth و استاندارد بخش RF آن” به بررسی جامع اطلاعات و شرائط تعیین شده در استاندارد تعیین شده می پردازیم . اهم مطالبی كه در این فصل خواهند آمد عبارتند از : معرفی Bluetooth، باندهای فركانسی  B.T، مدولاسیون و محافظت در برابر خطا ، مشخصات فرستنده و گیرنده ، مكانیزم های مختلف انتقال ، پروتكل ها و پروفیل ها و فناوریهای رقیب B.T. سپس در فصل سوم ، سعی گردیده با الگو برداری از چند مدار مجتمع موجود،ایده ای در خصوص فرستنده / گیرنده سیستم انتقال داده در برد كوتاه حاصل گردد كه بدین منظور به معرفی و تشریح سه مدار مجتمع ساخته شده توسط شركتهای Atmel، OKI، Ericsson خواهیم پرداخت.
پس از آشنائی با چند مدار مجمتمع ساخته شده و اشراف بر بلوك دیاگرام آنها،در فصل چهارم فرستنده / گیرنده مورد نظر طراحی و نتایج شبیه سازی كه توسط نرم افزار senerade حاصل شده ، ارائه می گردند . لازم است توان خروجی فرستنده برای 1mV، 2/5mV و 100mV تنظیم گردد.

:
موتورهای جریان مستقیم بدون جاروبک BLDC به علت ویژگی های ارزنده ای که دارند، از جمله چگالی گشتاور بالا، میزان صدا کم و … به صورت گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجا که این موتورها به صورت گسترده در مواردی که نیاز به ریپل گشتاور کمی دارند مانند صنایع رباتیک ، کنترل توان الکتریکی و… مورد استفاده قرار می گیرند، کاهش گشتاوردندانه ای در این موتورها مورد توجه قرار گرفته است. کاهش رپیل گشتاور تنها شامل کاهش گشتاور دندانه ای نمی باشند وتمامی انواع ریپل های گشتاور را شامل می
شود.این کاهش ریپل باید به گونه ای صورت گیرد که متوسط گشتاور مفید کاهش قابل توجهی پیدا نکند و همچنین شکل موج و اندازه Back Emf نیز دچار تغییر زیادی نشود.

واکنش بین دندانه های استاتور و آهنربای دائم سبب ایجاد گشتاور دندانه ای می شود. روش های متفاوتی برای کاهش این گشتاور ارائه شده است. طراحی قوس قطب های مغناطیسی، انحراف آهنرباهای دائم رتور و یا شیار های استاتور، انحراف پله ای آهنرباها، استفاده از شیارهای مصنوعی، جابجایی مغناطیس های دائم، استفاده از دهانه شیار مورب و … از جمله روش های مؤثر در این زمینه می باشند.

تمامی این روش ها باعث کاهش گشتاور دندانه ای می شوند اما بعضی از این روش ها گشتاور اصلی را نیز کاهش می دهندو برخی باعث پیچیده شدن ساختار مغناطیسی استاتور و رتور می شود . همچنین تعدادی از این روش ها باعث تأثیر معکوس برروی اندازه back Emf می شوند و مؤلفه های هارمونیکی مختلفی در  آن ایجاد می کنند.
در فصل اول این مجموعه انواع روش هایی که تا کنون برای محاسبه و کاهش گشتاور دندانه ای ارائه شده است مورد بررسی قرار گرفته و مزایا و معایب هر یک توضیح داده شده است. در انتها نیز به مقایسه و جمع بندی آنها پرداخته شده است. در بخش اول از فصل دوم به بررسی مراحل شبیه سازی یک موتور مغناطیس دائم در نرم افزار Maxwell پرداخته شده و نتایج حاصل از شبیه سازی برای یک موتور نمونه ارائه شده است . در ادامه این فصل روش بهینه سازی DOE مورد بررسی قرار گرفته است. این بخش به بررسی این روش و ارائه مدل های مختلف آن و همچنین معرفی چند نمونه از نرم افزار های ارائه دهنده این روش اختصاص دارد .نرم افزار MiniTab که در انجام این پروژه از آن بهره گرفته شده است در این قسمت به صورت مختصر بررسی می شود. دو روش جدید کاهش گشتاور دندانه ای به همراه نتایج حاصل از آنها در فصل سوم آمده است. یکی از این دو روش بهینه سازی نسبت اندازه کمان قطب به اندازه دهانه شیارها می باشد و روش دیگر جابجایی بهینه دهانه شیار ها نسبت به هم برای کاهش گشتاور دندانه ای می باشد.