عنوان کامل پروژه:

پروژه کنترل فعال و غیرفعال ارتعاشات باله‌ی ماهواره‌ی سبک وزن با مواد پیزوالکتریک و چاه غیر خطی انرژی با استفاده از نرم افزار MATLAB و به همراه  فیلم آموزشی نرم افزار MATLAB

در این پروژه، باله‌ی ماهواره‌ی سبک وزن به صورت یک تیر یک سرگیردار رایلی با انتهای آزاد مدل‌سازی شده است. از روش‌های المان محدود جهت محاسبه‌ی فرکانس‌های اصلی و شکل مد متناظر با این فرکانس‌ها استفاده شده است. با استفاده از نرم افزار MATLAB ( متلب ) پاسخ سیستم به بار ضربه‌ای که بر انتهای آزاد تیر وارد می‌شود؛ مدل‌سازی شده است.

 جهت کنترل و کاهش پاسخ سیستم از چاه انرژی غیر خطی به عنوان کنترل‌کننده غیرفعال و از کنترل‌کننده‌های PID و LQR به عنوان کنترل‌کننده‌های فعال استفاده شده است. همچنین، مواد پیزوالکتریک به عنوان سنسور و محرک در کنترل کننده‌های فعال به کار گرفته شده است.

در این پروژه، سه چاه غیر خطی انرژی که دارای مقدار سختی‌های متفاوت می‌باشند در نظر گرفته شده است. به منظور طراحی کنترل‌کننده فعال نیز چهار حالت متفاوت برای محل قرار سنسور و محرک بر روی تیر طراحی شده است. سپس در هر حالت از کنترل کننده‌های PID با فیلتر ضریب مشتق و کنترل کننده  LQR به منظور کاهش پاسخ دامنه‌ی سیستم استفاده شده است.

برای هر یک از این یازده کنترل‌کننده نمودار پاسخ سیستم رسم شده است. در هرحالت زمان نشست پاسخ سیستم با معیار دو درصد و میزان کاهش ماکزیمم پاسخ سیستم محاسبه شده است. با توجه به محدودیت ها و مزایای هر یک از این کنترل کننده‌ها ومیزان عملکرد آنها، در نهایت سه نوع کنترل‌کننده برای سیستم پیشنهاد شده است.

این کنترل کننده‌ها میزان زمان نشست را از ۲۴/۳4 ثانیه به ترتیب به ۰/۵۳ ، ۰/۴۳ و ۲/۴۱ ثانیه کاهش می‌دهند. همچنین مقدار ماکزیمم پاسخ سیستم برای این کنترل کننده‌ها به ترتیب ۵۰/۱ %، 4۳/4۵% و ۲۴/۸% کاهش داده می‌شود.

آنچه در این پروژه خواهید آموخت:

۱- آنالیز و محاسبه‌ی ارتعاشات آزاد تیر رایلی با استفاده از روابط المان محدود   

۲- محاسبه‌ی فرکانس طبیعی و شکل مدهای باله‌ی ماهواره دارای مواد پیزوالکتریک  

۳- محاسبه‌ی ماتریس‌های فضای حالت سیستم به منظور استفاده از کنترل‌کننده‌ها   

۴- شبیه‌سازی کنترل‌کننده‌های LQR و PID و چاه غیر خطی انرژی در Simulink

نکات و الزامات:

۱- درنظر گرفتن ارتعاشات خطی برای برای تیر رایلی 

۲- در نظر گرفتن ارتعاشات غیر مستقل برای قطعات پیزوالکتریک

۳- در نظر گرفتن آرایش‌های مختلف موادپیزوالکتریک به عنوان سنسور و محرک  

۴- استفاده از نرم افزار MATLAB ( متلب ) و Simulink جهت شبیه سازی عملکرد کنترلر ها