چكيده موتورهاي توربين گاز هوايي (موتورهاي جت) نقش مهمي در موفقيت عملكرد هواپيما ايفا م يكنند. اي ن موتورها، وظيفه تامين تراست مطلوب خلبان را در شرايط كاري مختلف بر عهده دارند. در اين راستا، سيستم كنترل سوخت موتورهاي جت وظيفه مهمي در تامين تراست مورد درخواست خلبان به همراه ارضاء قيود و محدودي تهاي فيزيكي موتور از جمله جلوگيري از وقوع سرج و استال در كمپرسور، خاموش شدن شعله، جلو گيري از فرارفت سرعت دوراني از سرعت ماكزيمم مجاز و جلوگيري از فرارفت دماي ورود به توربين از حداكثر دم اي مجاز دار د. در واقع يكي از چال شهاي اساسي در طراحي سيستم كنترل سوخت موتور جت، انتخاب ساختار و طراح ي پارامتره اي كنترلري است كه بتواند نيازمندي هاي عملكردي موتور را بهبود ده د. يك ي از ساختاره اي صنع تي كه توسط شرك تهاي معتبر موتور ساز مانند پرت و ويتني، رولز رويس و جنرال الكتريك مورد استفاده قرار گرفته است، م يباشد. ساختار اين كنترلر از چندين حلقه كنترلي تشكيل شده است كه هر كدام و ظيفه Min-Max كنترلر كه توابع Min و Max تامين يكي از نيازمندي ها يا قيود موتور را به عهده دارد. از آنجا كه اي ن كنترلر از توابع غيرخطي و ناهموار مي باشند استفاده م ينمايد، بهين هيابي پارامترهاي اين كنترلر با استفاده از رو شه اي تحليل ي مبتني بر گراديان م يتواند به مينيمم محلي همگرا شود. بدين جهت، در اين رساله، ايده كاربرد الگوريتم هاي بهينه سازي سراس ري، بر اي بهين هي ابي پارامتره اي كنترلر موتور جت ارائه شده است. الگو ريتم ه ايي كه در اي ن تحقي ق كاربرد آنها در ب هين هي ابي Min-Max سوخت الگو ريتم بهين هي ابي اجتماع ذرات ،(GA) ارائه گرديده شامل الگو ريتم ژنتي ك Min-Max پارامترهاي كنترلر مي باشند. همچنين براي اينكه قابليت هاي كاربردي اين اي ده (IWO) و الگوريتم بهين هيابي علف هاي هرز (PSO) يك موتور توربوجت (Throttling) مورد مطالعه قرار گيرد، كنترلر طراحي شده براي ايجاد قابليت تنظيم تراست كه در كشور در حال توليد م يباشد ولي فاقد سيستم كنترل سوخت جهت تنظيم تراست م يباشد مورد استفاده قرار گرفت. بدين منظور، ابتدا مدل سازي موتور توربوجت مورد نظر براي تحليل رفتار ديناميكي آن صورت پذيرفت، براي موتور مورد مطالعه طراحي گردي د. در مرحله بعد، الگو ريتم ه اي Min-Max آنگاه ساختار كنترلر سوخت بهين هيابي مبتني بر جمعيت در تنظيم پارامترهاي كنترلر اوليه به كار گرفته شدند. همچنين كنترلر طراح ي شده، پياده سازي و بر روي موتور تست گرديد. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد كه استفاده از الگوريتم هاي بهينه سا زي سراسر ي بر اي طراح ي كنترلر سوخت مي باشد به گونه اي كه عملكرد موتور Min-Max موتورهاي هوايي موثر است و قادر به تنظيم پارامترهاي كنترلر را بهينه نموده و همزمان قيود محدوديت هاي فيزيكي موتور را ارضا نمايد. مقايسه ميان الگوريتم هاي به كار گرفته شده در اين پايان نامه نشان داد كه براي مساله مورد مطالعه، هر سه الگوريتم به بهينه مطلق دست يافت هان د. اي ن نتيجه از مقايسه نتايج به دست آمده از الگوريتم هاي مختلف با نتايج برنامه ريزي پويا استخراج شده است. از نقطه نظر همگرايي استاتيكي، الگوريتم علف هاي هرز موف ق تر از اجتماع ذرات و الگو ريتم اجتماع ذرات موف قتر از الگوريتم ژنتيك است. از نظر همگرايي ديناميكي، الگوريتم اجتماع ذرات به د لي ل ذات غي ر تكام لي، از همگراي ي چكيده موتورهاي توربين گاز هوايي (موتورهاي جت) نقش مهمي در موفقيت عملكرد هواپيما ايفا م يكنند. اي ن موتورها، وظيفه تامين تراست مطلوب خلبان را در شرايط كاري مختلف بر عهده دارند. در اين راستا، سيستم كنترل سوخت موتورهاي جت وظيفه مهمي در تامين تراست مورد درخواست خلبان به همراه ارضاء قيود و محدودي تهاي فيزيكي موتور از جمله جلوگيري از وقوع سرج و استال در كمپرسور، خاموش شدن شعله، جلو گيري از فرارفت سرعت دوراني از سرعت ماكزيمم مجاز و جلوگيري از فرارفت دماي ورود به توربين از حداكثر دم اي مجاز دار د. در واقع يكي از چال شهاي اساسي در طراحي سيستم كنترل سوخت موتور جت، انتخاب ساختار و طراح ي پارامتره اي كنترلري است كه بتواند نيازمندي هاي عملكردي موتور را بهبود ده د. يك ي از ساختاره اي صنع تي كه توسط شرك تهاي معتبر موتور ساز مانند پرت و ويتني، رولز رويس و جنرال الكتريك مورد استفاده قرار گرفته است، م يباشد. ساختار اين كنترلر از چندين حلقه كنترلي تشكيل شده است كه هر كدام و ظيفه Min-Max كنترلر كه توابع Min و Max تامين يكي از نيازمندي ها يا قيود موتور را به عهده دارد. از آنجا كه اي ن كنترلر از توابع غيرخطي و ناهموار مي باشند استفاده م ينمايد، بهين هيابي پارامترهاي اين كنترلر با استفاده از رو شه اي تحليل ي مبتني بر گراديان م يتواند به مينيمم محلي همگرا شود. بدين جهت، در اين رساله، ايده كاربرد الگوريتم هاي بهينه سازي سراس ري، بر اي بهين هي ابي پارامتره اي كنترلر موتور جت ارائه شده است. الگو ريتم ه ايي كه در اي ن تحقي ق كاربرد آنها در ب هين هي ابي Min-Max سوخت الگو ريتم بهين هي ابي اجتماع ذرات ،(GA) ارائه گرديده شامل الگو ريتم ژنتي ك Min-Max پارامترهاي كنترلر مي باشند. همچنين براي اينكه قابليت هاي كاربردي اين اي ده (IWO) و الگوريتم بهين هيابي علف هاي هرز (PSO) يك موتور توربوجت (Throttling) مورد مطالعه قرار گيرد، كنترلر طراحي شده براي ايجاد قابليت تنظيم تراست كه در كشور در حال توليد م يباشد ولي فاقد سيستم كنترل سوخت جهت تنظيم تراست م يباشد مورد استفاده قرار گرفت. بدين منظور، ابتدا مدل سازي موتور توربوجت مورد نظر براي تحليل رفتار ديناميكي آن صورت پذيرفت، براي موتور مورد مطالعه طراحي گردي د. در مرحله بعد، الگو ريتم ه اي Min-Max آنگاه ساختار كنترلر سوخت بهين هيابي مبتني بر جمعيت در تنظيم پارامترهاي كنترلر اوليه به كار گرفته شدند. همچنين كنترلر طراح ي شده، پياده سازي و بر روي موتور تست گرديد. نتايج اين تحقيق نشان مي دهد كه استفاده از الگوريتم هاي بهينه سا زي سراسر ي بر اي طراح ي كنترلر سوخت مي باشد به گونه اي كه عملكرد موتور Min-Max موتورهاي هوايي موثر است و قادر به تنظيم پارامترهاي كنترلر را بهينه نموده و همزمان قيود محدوديت هاي فيزيكي موتور را ارضا نمايد. مقايسه ميان الگوريتم هاي به كار گرفته شده در اين پايان نامه نشان داد كه براي مساله مورد مطالعه، هر سه الگوريتم به بهينه مطلق دست يافت هان د. اي ن نتيجه از مقايسه نتايج به دست آمده از الگوريتم هاي مختلف با نتايج برنامه ريزي پويا استخراج شده است. از نقطه نظر همگرايي استاتيكي، الگوريتم علف هاي هرز موف ق تر از اجتماع ذرات و الگو ريتم اجتماع ذرات موف قتر از الگوريتم ژنتيك است. از نظر همگرايي ديناميكي، الگوريتم اجتماع ذرات به د لي ل ذات غي ر تكام لي، از همگراي يديناميكي بالايي برخوردار است. الگوريتم ژنتيك به دليل استفاده از اپراتور جهش، همگر اي ي دينا ميكي مناس بي ندارد. الگوريتم علف هاي هرز حالت بينابين دو الگوريتم ذكر شده است. از نظر زمان شبيه سازي، الگوريتم عل فه اي هرز كندترين و الگوريتم اجتماع ذرات سريع ترين الگوريتم است. قابليت اعتمادپذيري الگوريتم ژنتي ك و الگو ريتم علف هاي هرز بيشتر از الگوريتم اجتماع ذرات است. پارامترهاي الگوريتم ژنتيك بيشتر از پارامترهاي الگو ريتم ه اي اجتماع ذرات و علف هاي هرز است و در نتيجه الگوريتم ژنتيك از انعطا فپ ذيري بيشت ري نسبت به دو الگو ريتم ديگر برخوردار است. در پايان لازم به ذكر است كه نتايج حاصل از پياده سازي عملي كنترلر ساخته شده بر ر وي موتور جت نيز نشان دهنده موفقيت كنترلر طراحي و ساخته شده در ارضا تمامي مودهاي كنترل ي موتور در كنار بهينه نمودن اهداف مورد نظر طراح است. بنابراين، در اين تحقيق اولين نمونه موفق كنترلر الكترو نيك ي سوخت موتور در كشور طراحي و ساخته شد. همچنين ايده استفاده از الگوريتم ه اي مبتن ي بر خرد جمع ي در طراح ي كنترلر براي سيستم هاي هوايي براي اولين بار ارائه و به كار گرفته شد. الگوريتم هاي بهينه سازي سراسري -بهين هيابي- - Min-Max واژه هاي كليدي: موتور توربوجت - كنترلر سوخت الگوريتم ژنتيك - الگوريتم اجتماع ذرات- الگوريتم عل فهاي هرز

سهيل جعفري