عنوان کامل پروژه:

پروژه کنترل مقاوم قطار مغناطیسی شناور بر اساس مدل غیرخطی با استفاده از نرم افزار MATLAB و به همراه فیلم آموزشی نرم افزار MATLAB

شناورسازی مغناطیسی از همان زمان ارایه آن در دهه 60 میلادی مورد توجه بسیاری از صنایع و کشورها قرار گرفت. مزایای فراوان این تکنولوژی باعث شد تا در زمینه‌های گوناگون از این تکنولوژی بهره گرفته شود. یکی از اولین کاربردهای این تکنولوژی، ساخت قطارهای سریع‌السیر و شناور در هوا بود. ریل این نوع قطارها از تعداد زیادی سیم‌پیچ تشکیل شده است که با اعمال جریان یک میدان مغناطیسی تولید می‌کند که قطب آن با قطب میدان تولید شده توسط سیم‌پیچ روی بدنه قطار هم نام بوده و بنابراین قطار را شناور نگه می‌دارد. با توجه به اینکه هیچ اصطکاک فیزیکی بین ریل و قطار وجود ندارد، قابلیت های فراوانی برای این نوع قطارها می‌توان برشمرد از جمله: سرعت بسیار بالا، ایمنی بالا، آلودگی کمتر، مصرف کم انرژی، ظرفیت بالا، احتمال کم تصادف بین قطارها، هزینه کم نگهداری و شیب بیشتر ریل. این مزایا باعث شد که در عرض 40 سال از معرفی این تکنولوژی، در سال 2003 اولین قطار مغناطیسی در شانگهای چین به بهره‌برداری برسد که با سرعت حرکت 430 کیلومتر در ساعت و ظرفیت حمل روزانه 7500 نفر کار خود را آغاز کرد. بسیاری از کشورها درصدد هستند تا ناوگان حمل و نقل خود را با این نوع قطارها مجهز کنند و تعداد مسافرت‌های پر خطر هوایی را در مسیرهای میانی کاهش دهند. قطار مغناطیسی تنها کابرد این تکنولوژی نبوده و در صنایع دیگر هم به سرعت جای خود را باز کرده است. به عنوان مثال در ماشین های الکتریکی از آن برای ساخت بلبرینگ‌های مغناطیسی استفاده می‌شود که نسبت به بلبرینگ‌های فعلی دارای مزایای بی‌شماری است. یکی دیگر از کاربردهای جالب شناورسازی مغناطیسی، شتاب دادن و پرتاب شاتل‌های فضایی به جو زمین است. در این طرح هدف ایجاد یک تونل (حدود 100 کیلومتری) کم‌فشار در دل کوه است که شاتل مورد نظر با وزن حدود 40 تن در طول این تونل توسط تکنولوژی مغناطیسی شتاب داده می‌شود تا جایی که سرعت آن در انتهای تونل (بالای کوه) به حدود 9 کیلومتر بر ثانیه برسد که با توجه به نیروی اصطکاک هوا برای رسیدن به مدار زمین کافی است. نکته جالب اینجاست که پیش‌بینی می‌شود هزینه ارسال هر کیلوگرم جرم به فضا با این روش 43 دلار باشد، در حالی‌که با تکنولوژی مرسوم فعلی این میزان حداقل 10000 دلار است.

قطارهای مغناطیسی در معرض اغتشاشات مختلفی از جمله نیروی باد، نیروهای آیرودینامیکی وارد بر بدنه و تغییر وزن قطار موقع پیاده و سوار شدن مسافران هستند. در صورتی که این عوامل در طراحی سیستم کنترل قطار در نظر گرفته نشوند، عملکرد قطار در حین ماموریت ممکن است با افت مواجه شود. در بسیاری از کارهای انجام شده در این زمینه از کنترل‌کننده‌های مقاوم برای کاهش اثر اغتشاشات استفاده می‌شود. از پرکاربردترین این روشها H بینهایت و مدلغزشی هستند. در مراجع اغلب از روش H بینهایت خطی استفاده می‌شود در حالیکه دینامیک شناورسازی قطار غیرخطی بوده و باید از روش‌های غیرخطی استفاده شود. در این پروژه یک کنترل‌کننده غیرخطی جدید معرفی می‌شود که ترکیبی از روش‌های خطی‌سازی فیدبک و H بینهایت بوده و از مزایای هر دو روش بهره می‌برد. این کنترل‌کننده علاوه بر اینکه ساختار چندان پیچیده‌ای ندارد و قابل پیاده‌سازی است، عملکرد قابل قبولی در کاهش اثر اغتشاش و نویز اندازه‌گیری از خود نشان می‌دهد.

آنچه در این کد خواهید آموخت:

۱- طراحی کنترل‌کننده H بینهایت غیرخطی برای سیستمهای غیرخطی

2- طراحی کنترل‌کننده مد لغزشی دینامیک برای سیستمهای غیرخطی

3- محاسبه بهره کنتر‌ل‌کننده‌های غیرخطی در محیط نرم افزار MATLAB ( متلب )

4- نحوه پیاده‌سازی دینامیک غیرخطی قطار مغناطیسی در محیط سیمولینک

5- نحوه پیاده‌سازی کنترل‌کننده‌های غیرخطی در محیط سیمولینک

6- چگونگی استفاده از S-function در محیط سیمولینک برای پیاده‌سازی توابع پیچیده

نکات و الزامات:

1- آشنایی اولیه با نرم افزار MATLAB ( متلب ) (کد های با فرمت m-file و محیط سیمولینک)

2- آشنایی با سیستمهای کنترل مقاوم به ویژه کنترل H بینهایت

3- آشنایی با سیستمهای کنترل غیرخطی به خصوص کنترل مدلغزشی

4- تمام کدها و فایلهای شبیه سازی در نسخه های مختلف نرم افزار متلب قابل اجرا است؛ اما برای جلوگیری از هر نوع خطا، پیشنهاد می‌شود از نسخه 2013a متلب استفاده شود

5- پوشه‌هایی که محتوی فایلهای شبیه‌سازی هستند باید نام انگلیسی داشته باشند