30938

طراحي كنترل‌كننده مد لغزشي با شناساگر تطبيقي و تنظيم‌گر فازي براي عملكرد اتوماتيك قطار (ATO)

كارشناسي ارشد

مهندسي برق- كنترل

1400

1402/11/28

دكتر حسين بلندي - دكتر بهمن قرباني

ندارم

برق

سيستم هدايت اتوماتيك قطار موظف است با تنظيم سرعت قطار از طريق نيروي كششي و ترمز، از يك پروفيل مطلوب سرعت - مكان پيروي كند و توقف در ايستگاه را بادقت زياد عملي سازد؛ براي افزايش راحتي سرنشينان و كاهش هزينه‌هاي مصرف سوخت و استهلاك قطعات، بايد از تغييرات شديد سيگنال كنترلي جلوگيري كند و در راستاي بهينه‌سازي شاخص‌هايي چون مصرف سوخت يا زمان سفر تلاش كند. اما نيروهاي همچون اصطكاك با ريل و هوا، نيروي وارده در قوس و شيب، نيرو توليد شده توسط دمپر و فنرها در محل اتصال واگن‌ها يا نيروي توليدي توسط عملگرها، نيروهايي پيچيده، گسسته و در مواردي، غيرقابل‌اندازه‌گيري هستند. نايقيني و متغير بودن برخي از پارامترهاي قطار با زمان از جمله وزن كلي و پارامترهاي مقاومت پايه، شرايط كنترلي را سخت‌تر مي‌كنند. مجموعه اين عوامل ديناميك قطار را به يك ديناميك غيرخطي متغير با زمان تبديل مي‌كنند. در اين پايان‌نامه، كنترل‌كننده‌اي طراحي شده است كه قادر به رديابي مشخصه‌ مطلوب سرعت - مكان بادقت بسيار خوب براي دو رده از قطارهاي عادي و پر سرعت مي‌باشد. هسته اصلي سيستم طراحي شده شامل يك كنترل‌كننده لغزشي مقاوم است كه تأثير نايقيني‌ها را كاهش مي‌دهد. براي بهبود عملكرد اين كنترل‌كننده، تغييرات پارامترهاي خط و ضرايب مقاومت پايه از طريق روش حداقل مربعات بازگشتي شناسايي مي‌شوند و از مقادير تخمين زده شده آنان، در سيگنال كنترلي مد لغزشي براي جبران اثر مقاومت پايه و اغتشاشات مسير وارده به ديناميك سيستم استفاده مي‌شود. با استفاده از روش اثبات پايداري لياپانف، نه تنها حدود پارامترهاي كنترل كننده لغزشي استخراج مي شود، بلكه پايداري سيستم حلقه بسته اثبات مي شود. به منظور تعيين مقادير پارامترهاي طراحي، با استفاده و تفسير نتايج شبيه‌‌سازي‌هاي مختلف، يك الگوريتم فازي طراحي شده است كه اين الگوريتم، پارامترهاي طراحي كنترل‌كننده مد لغزشي را به نحوي تنظيم مي‌كند كه در سرعت‌هاي پايين، خطاي كم رديابي و در سرعت‌هاي بالا، آسايش سرنشينان با تغييرات نرم‌تر سيگنال كنترلي فراهم شود. عملكرد دقيق كنترل‌كننده طراحي شده با درنظرگيري ملاحظات عملي، در دو سري از قطارها شبيه‌سازي و نشان داده شده است.

1403/03/20

Design Of Sliding Mode Controller With Adaptive Identification And Fuzzy Adjustment For Automatic Train Operation

1/1/1900 12:00:00 AM

The automatic train operation system task is to track a desired speed-distance profile and providing precise stops at stations by adjusting the train's speed through traction and braking forces. To reduce fuel and maintenance costs while increasing passengers' comfort, extreme changes in the control signal should be avoided as fuel or time optimization goals should be reached. However, forces such as rail and air friction, additional resistance of the line, the impact of dampers and springs in coupled wagons and the force produced by the actuators, are complicated, discrete and in some cases, unmeasurable. Uncertainty and time dependency in some of the train parameters like total weight and basic resistance, makes control conditions even more difficult. Due to these factors, train dynamics turns to be a time-varying nonlinear system. In this thesis, a controller has been designed that is capable of tracking the desired speed-position profile with very good accuracy for two categories of conventional and high-speed trains. The main core of the designed system is a robust sliding mode controller that reduces the effects of disturbances. To improve the performance of this controller, changes in the line parameters' and basic resistance coefficients are identified through recursive least squares method. These estimated values are used in the sliding mode control signal to compensate for the effect of basic resistance and disturbances in the system dynamics. Using the Lyapunov stability proof method, not only the bounds of the sliding mode controller parameters are extracted, but also the stability of the closed-loop system is proven. To determine the values of the design parameters, a fuzzy algorithm is designed by interpreting the results of various simulations. The fuzzy system adjusts the design parameters of the sliding mode control in such a way that at low speeds, minimal tracking error is achieved, and at high speeds, passenger comfort is provided with smoother changes in the control signal. The precise performance of the designed controller with practical considerations, has been simulated and demonstrated in two series of trains.

عملكرد اتوماتيك قطار , كنترل لغزشي , شناساگر تطبيقي , سيستم فازي

automatic train operation , sliding control , adaptive estimator , fuzzy system

fateme zahra amirhosaini

hossein bolandi, bahman ghorbani