پروژه آموزشی کنترل ارتعاشات با پیزوالکتریک با متلب

در اﯾﻦ ﭘﺮوژه ﻫﺪف اﯾﻦ اﺳــﺖ ﺗﺎ ارﺗﻌﺎﺷــﺎت ﯾﮏ ﺗﯿﺮ ﯾﮏ ﺳــﺮ ﮔﯿﺮدار را ﺑﻪ ﮐﻤﮏ ﺗﺤﺮﯾﮏ ﺑﺎ ﭘﯿﺰواﻟﮑﺘﺮﯾﮏ ﮐﻨﺘﺮل ﮐﻨﯿﻢ. ﺑﺮاي اﯾﻦ ﻣﻨﻈﻮر ﺗﯿﺮ ﺑﻪ ﺷﯿﮑﺮ ﻣﺘ ﺼﻞ ﺷﺪه ا ﺳﺖ و ﺑﻪ و ﺳﯿﻠﻪ آن ﺗﯿﺮ ﺷﺮوع ﺑﻪ ﻧﻮ ﺳﺎن ﻣﯽﮐﻨﺪ. ﺳﭙﺲ ﺑﻪ ﮐﻤﮏ ﯾﮏ ﭘﯿﺰو اﻟﮑﺘﺮﯾﮏ ﺳﻌﯽ در ﺧﻨﺜﯽ ﮐﺮدن و ﮐﻨﺘﺮل اﯾﻦ ارﺗﻌﺎﺷﺎت را دارﯾﻢ. ﺑﺮاي ﻓﯿﺪﺑﮏ ﮔﺮﻓﺘﻦ از رﻓﺘﺎر ﺗﯿﺮ ﻧﯿﺰ از ﯾﮏ ﺷﺘﺎبﺳﻨﺞ ﮐﻪ ﺑﻪ اﻧﺘﻬﺎي ﺗﯿﺮ ﻣﺘﺼﻞ اﺳﺖ، اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ. ﺷﮑﻞ زﯾﺮ ﻧﻤﺎﯾﯽ از ﺑﺴﺘﺮ اﯾﻦ آزﻣﺎﯾﺶ را ﻧﺸﺎن ﻣﯽدﻫﺪ.

ﻣﺸﺨﺼﺎت ﺗﯿﺮ ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ﺑﻪ ﺻﻮرت زﯾﺮ ﺑﻮده اﺳﺖ:

موارد انجام شده در پروژه:

1- ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ دادهﻫﺎي ﺣﺎﺻــﻞ از ﺗﺴــﺖ ﮐﻪ ﺑﻪ ﭘﯿﻮﺳــﺖ اﯾﻦ ﻓﺎﯾﻞ ارﺳــﺎل ﺧﻮاﻫﺪ ﮔﺸــﺖ، اﺑﺘﺪا ﺑﺮاي ﺷﻨﺎﺳﺎﯾﯽ دﯾﻨﺎﻣﯿﮏ ﺗﯿﺮ و راﺑﻄﻪ ﻣﯿﺎن وﻟﺘﺎژ اﻋﻤﺎﻟﯽ ﺑﻪ ﭘﯿﺰواﻟﮑﺘﺮﯾﮏ و ﻣﯿﺰان ﺷﺘﺎب اﻧﺘﻬﺎي ﺗﯿﺮ، ﺗﺎﺑﻊ ﭘﺎﺳﺦ ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ ﺷﺘﺎب – وﻟﺘﺎژ را ﺑﺪﺳﺖ آورده ایم. 

2- ﭘﺎﺳﺦ ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ ﺟﺎﺑﻪﺟﺎﯾﯽ وﻟﺘﺎژ را ﺑﺪﺳﺖ آورﺪه ایم.

3- ﺑﺎ اﺳــﺘﻔﺎده از ﺑﺮازش ﻧﻤﻮدار دﺳــﺘﯽ (ﺗﻐﯿﯿﺮ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎي ﻣﯿﺮاﯾﯽ و دﻣﭙﯿﻨﮓ) ﺑﺮاي ﻣﻮد ﻓﺮﮐﺎﻧﺴــﯽ اﻧﺘﺨﺎﺑﯽ، ﺗﺎﺑﻊ ﺗﺒﺪﯾﻞ ﺷﺘﺎب وﻟﺘﺎژ را اﺳﺘﺨﺮاج ﮐرده ایم و ﻣﻘﺎدﯾﺮ ﻣﯿﺮاﯾﯽ و ﻓﺮﮐﺎﻧﺲ ﻃﺒﯿﻌﯽ را ﮔﺰارش ﮐزده ایم.(ورودي وﻟﺘﺎژ و ﺧﺮوﺟﯽ ﺷﺘﺎب اﻧﺘﻬﺎي ﺗﯿﺮ ﻣﯿﺒﺎﺷﺪ).

4- ﺑﺎ ا ﺳﺘﻔﺎده از دﺳﺘﻮر (Frd (fitsys و Fitmag ﻧﺮماﻓﺰار MATLAB ﺗﺎﺑﻊ ﺗﺒﺪﯾﻞ ﺷﺘﺎب وﻟﺘﺎژ را ﺑﺪﺳﺖ آورده ایم و ﺑﺎ ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺣﺎﺻﻞ از ﺑﺨﺶ ﻗﺒﻞ ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﮐرده ایم.

5- ﺗﺎﺑﻊ ﺗﺒﺪﯾﻞ ﺟﺎﺑﻪﺟﺎﯾﯽ وﻟﺘﺎژ را ﺑﻪ دﺳﺖ آورﺪه ایم.

6- ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه در ﻗﺴﻤﺖﻫﺎي 3 و 4 و 5، ﯾﮑﯽ از ﺗﻮاﺑﻊ ﺗﺒﺪﯾﻞ ﺷﺘﺎب وﻟﺘﺎژ و ﺟﺎﺑﻪﺟﺎﯾﯽ وﻟﺘﺎژ را اﻧﺘﺨﺎب ﮐرﺪه ایم و ﺳــﭙﺲ ﻧﻤﻮدارﻫﺎي Root-Locus ،Bode و Nyquist را ﺑﺮاي ﺟﺎﺑﻪﺟﺎﯾﯽ و ﺷﺘﺎب رﺳﻢ ﮐرﺪیم. ﻣﻘﺎدﯾﺮ ﺣﺎﺷﯿﻪ ﺑﻬﺮه و ﺣﺎﺷﯿﻪ ﻓﺎز را ﻧﯿﺰ ﮔﺰارش ﮐرﺪه ایم.

7- ﺑﻠﻮك دﯾﺎﮔﺮام ﻧﺸــﺎن داده ﺷــﺪه در ﺷــﮑﻞ 2 را در ﻧﻈﺮ گرفته ایم. ﻓﯿﺪﺑﮏ را در اﯾﻦ ﺑﻠﻮك در ﺗﻤﺎﻣﯽ ﻣﺮاﺣﻞ ﭘﺮوژه واﺣﺪ در ﻧﻈﺮ گرفته ایم 1=𝐻1(𝑠)  و ﺗﺎﺑﻊ ﺗﺒﺪﯾﻞ ﺷﺘﺎب وﻟﺘﺎژ اﻧﺘﺨﺎﺑﯽ از ﺑﺨﺶ 6 را ﻧﯿﺰ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﺳﯿﺴﺘﻢ ﺧﻮد در ﻧﻈﺮگرفته ایم. در ﺻﻮرﺗﯽ ﮐﻪ ﮐﻨﺘﺮل ﻧﯿﺰ واﺣﺪ ﺑﺎﺷد1=𝐺1(𝑠) ﭘﺎﺳﺦ ﺳﯿﺴﺘﻢ را ﺑﻪ ورودي ﭘﻠﻪ واﺣﺪ ﺑﺪ ﺳﺖ آورده و ﻋﻤﻠﮑﺮد آن در ﺣﺎﻟﺖ ﮔﺬرا و ﻣﺎﻧﺎ را ﺑﺮرﺳﯽ ﮐرده ایم. (ﺑﺮرﺳﯽ اورﺷﻮت، زﻣﺎن ﻧﺸﺴﺖ و ﺧﻄﺎي ﻣﺎﻧﺎ و …..)

8- ﺣﺎل ﺟﻬﺖ ﺑﻬﺒﻮد ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺑﺪﺳﺖ آﻣﺪه در ﻣﺮﺣﻠﻪ ﻗﺒﻞ، ﯾﮏ ﮐﻨﺘﺮل ﮐﻨﻨﺪهي PID را ﺑﻪ ﺳﻪ روش ﮐﺪ ﻣﺘﻠﺐ، ﺷﺒﯿﻪ ﺳﺎزي در ﺳﯿﻤﻮﻟﯿﻨﮏ وSISO tool ﻣﺘﻠﺐ ﻃﺮاﺣﯽ ﮐرﺪه ایم و ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺣﺎﺻﻞ را ﺑﺮرﺳﯽ ﮐرﺪه ایم و ﺑﻬﺘﺮﯾﻦ ﮐﻨﺘﺮﻟﺮ را اﻧﺘﺨﺎب ﮐردیم

9- رﻓﺘﺎر ﮐﻨﺘﺮلﮐﻨﻨﺪه اﻧﺘﺨﺎب ﺷﺪه در ﻣﺮﺣﻠﻪ ﻗﺒﻞ را ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺷﮑﻞ زﯾﺮ ﺑﺎ اﻋﻤﺎل اﻏﺘﺸﺎش ﺛﺎﺑﺖ 0,1 و ورودي ﻣﻄﻠﻮب ﺻﻔﺮ ﺑﺮرﺳﯽ ﮐردیم d(s)= 0.1 r(s)=0

دادهﻫﺎي ﭘﺮوژه: در ﻫﺮ ﺑﺎزه ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ، ﺳﺘﻮن اول ﻫﺮ ﻓﺎﯾﻞ زﻣﺎن ﻧﺴﺒﯽ، ﺳﺘﻮن دوم ﺷﺘﺎب اﻧﺘﻬﺎي آزاد ﺗﯿﺮ، ﺳﺘﻮن ﺳﻮم ﮐﺮﻧﺶ ﭘﯿﺰواﻟﮑﺘﺮﯾﮏ و ﺳﺘﻮن آﺧﺮ وﻟﺘﺎژ ﺗﺤﺮﯾﮏ ﭘﯿﺰواﻟﮑﺘﺮﯾﮏ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. از اﯾﻦ دادهﻫﺎ ﺑﺮاي اﺳﺘﺨﺮاج ﺗﺎﺑﻊ ﺗﺒﺪﯾﻞ ﺣﻮزه ﻓﺮﮐﺎﻧﺲ اﺳـــﺘﻔﺎده ﮐﺮده و ﺑﻪ ﺗﻌﺪاد ﻻزم دادهﻫﺎي ﺣﻮزه ﻓﺮﮐﺎﻧﺲ را ﻣﯿﺎﻧﮕﯿﻦﮔﯿﺮي ﮐﺮده ﺗﺎ ﻧﻮﯾﺰ دادهﻫﺎ ﺣﺬف ﺷﻮد. ﻻزم ﺑﻪ ذﮐﺮ اﺳﺖ اﺑﺘﺪا و اﻧﺘﻬﺎي ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺣﻮزه ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ ﻣﻌﺘﺒﺮ ﻧﻤﯿﺒﺎﺷﺪ، ﭼﺮا ﮐﻪ ﻣﺤﺘﻮاي ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ ﺗﺤﺮﯾﮏ در اﯾﻦ ﺑﺎزهﻫﺎ ﻧﺰدﯾﮏ ﺑﻪ ﺻﻔﺮ اﺳﺖ. ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر دﺳﺘﯿﺎﺑﯽ ﺑﻪ دﯾﺘﺎﻫﺎي دﻗﯿﻘﺘﺮ ﻫﺮ ﺗﺴﺖ ﭼﻨﺪﯾﻦ ﺑﺎر اﻧﺠﺎم ﭘﺬﯾﺮﻓﺘﻪ و ﻫﺮ ﮔﺮوه ﻣﯿﺒﺎﯾﺴﺖ ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻣﯿﺎﻧﮕﯿﻦﮔﯿﺮي از دﯾﺘﺎﻫﺎي 5 ﻓﺎﯾﻞ ﻣﻮﺟﻮد ﯾﺎ ﯾﺎﻓﺘﻦ ﺑﻬﺘﺮﯾﻦ ﻓﺎﯾﻞ ﻣﻮﺟﻮد ﺗﻮاﺑﻊ ﺗﺒﺪﯾﻞ را ﺑﯿﺎﺑﺪ. از ﮐﻤﺘﺮﯾﻦ درﺟﻪ ﺗﺎﺑﻊ ﺗﺒﺪﯾﻞ ﮐﻪ دادهﻫﺎي را ﺑﻪ ﺧﻮﺑﯽ ﺑﺮازش میﮐﻨﺪ اﺳﺘﻔﺎده ﮐرده ایم.

نتایج

با توجه به نتایج بدست آمده در حالت ابتدایی میزان اورشوت به مقدار 0.1 در سیستم وجود دارد ولی زمان Rising Time سیستم بسیار ناچیز است علاوه بر این سیستم دچار نوسان حول نقطه 0.8 می باشد و در انتها به مقدار مانای خود که 0.8 است می رسد.

پس از اعمال کنترلر PID به سیستم، مقدار Rising Time افزایش یافته ولی در مقابل اورشوت و نوسان از سیستم حذف می شود. علاوه بر این پاسخ پله سیستم دقیقا به یک میل می کند که این نتایج نشان از مناسب بودن سیستم کنترلی طراحی شده است.

پروژه کنترل ارتعاشات با پیزوالکتریک با متلب توسط کارشناسان گروه ۱.۲.۳ پروژه پیاده سازی گردیده.