فهرست مطالب عنوان صفحه فصل اول: مقدمه....... 2 فصل دوم: بررسي مدل سازي و کنترل جرثقيل با کابل کششي2-1- مدل ارايه شده براي توصيف رفتار ديناميکي جرثقيل با کابل کششي........ 72-2- کنترل جرثقيل با کابل کششي............... 102-2-1- کنترل کننده مقاوم تناسبي-انتگرالي-مشتقي 102-2-2- کنترل کننده تناسبي-انتگرالي- مشتقي بر اساس الگوريتم ژنتيک ......... 142-2-3- کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي بر اساس الگوريتم PSO............. 162-2-4- کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي با تنظيم کننده فازي.......... 17 فصل سوم: منطق فازي و کنترل کننده فازي تاکاگي– سوگنو3-1- مقدمهاي بر منطق فازي.................... 223-2- مفاهيم اوليه و تعاريف مقدماتي........... 233-2-1- برش‌ها، تحدب و اعداد فازي............ 253-3- مقدمه اي بر کنترل کنندههاي فازي......... 26عنوان صفحه 3-4- انواع کنترل کنندههاي فازي............... 263-4-1- کنترل کننده فازي ممداني............. 283-4-2- کنترل کننده فازي سوگنو.............. 283-4-3- کنترل کننده فازي تاکاگي– سوگنو...... 303-4-3-1- ناحيه بندي کردن غيرخطي سراسري... 323-4-3-2- ناحيه بندي کردن غير خطي با تقريب محلي323-4-4- جبران سازي موازي توزيع يافته ....... 373-4-4-1- پايداري کنترل کننده تاکاگي– سوگنو393-5- طراحي کنترل کننده فازي ................. 403-5-1- طراحي سيستمهاي ردياب با فيدبک حالت.. 413-5-1-1- طراحي پيش جبرانساز استاتيکي در مسير ورودي مرجع42 فصل چهارم: کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته جرثقيل با کابل کششي 4-1- مقدمه................................... 474-2- مدل فازي تاکاگي– سوگنوي سيستم جرثقيل با کابل کششي484-2-1- ناحيه بندي غير خطي براي جرثقيل.. 504-2-2- ناحيه بندي غير خطي براي جرثقيل.. 514-2-3- ناحيه بندي غير خطي براي جرثقيل.. 524-2-4- ناحيه بندي غير خطي براي جرثقيل.. 534-2-5- ناحيه بندي غير خطي براي جرثقيل.. 544-2-6- قواعد اگر- آنگاه جرثقيل با کابل کششي55عنوان صفحه 4-3- مقايسه کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته با ديگر روشهاي مطرح شده................................... 644-3-1- مقايسه کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته با کنترل کنندهمقاوم تناسبي-انتگرالي-مشتقي............... 654-3-2- مقايسه کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته با کنترل کنندهتناسبي-انتگرالي-مشتقي بر اساس الگوريتم ژنتيک694-3-3- مقايسه کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته با کنترل کنندهتناسبي-انتگرالي-مشتقي با تنظيم کننده فازي. 714-3-4- مقايسه کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته با کنترل کنندهتناسبي- انتگرالي- مشتقي بر اساس الگوريتم PSO 78 فصل پنجم: کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته جرثقيل با کابل کششي با استفاده از فازي نوع 25-1- مقدماتي بر مجموعه هاي فازي نوع 2........ 825-2- طراحي فيدبک حالت جبرانساز موازي توزيع يافته براساس مجموعه هاي فازي نوع 2............................... 865-2-1- ناحيه بندي غير خطي براي جرثقيل.. 895-2-2- ناحيه بندي غير خطي براي جرثقيل.. 895-2-3- ناحيه بندي غير خطي براي جرثقيل.. 905-2-4- ناحيه بندي غير خطي براي جرثقيل.. 905-2-5- ناحيه بندي غير خطي براي جرثقيل.. 915-2-6- قواعد اگر- آنگاه جرثقيل با کابل کششي91عنوان صفحه 5-3- جبران سازي موازي توزيع يافته سيستم فازي نوع 2 تاکاگي – سوگنو ...................................... 995-3-1- پايداري کنترل کننده تاکاگي – سوگنو. 1015-3-2- طراحي کنترل کننده فازي ............ 1025-4- مقايسه کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته نوع 2 با ديگرروشهاي مطرح شده........................... ..1095-4-1- مقايسه کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته نوع 2 با کنترلکننده مقاوم تناسبي-انتگرالي-مشتقي........ 1105-4-2- مقايسه کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته نوع 2با کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي بر اساس الگوريتم ژنتيک.......................................... 1125-4-3- مقايسه کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته نوع 2با کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي با تنظيم کننده فازي1145-4-4- مقايسه کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته نوع 2با کنترل کننده تناسبي- انتگرالي- مشتقي بر اساس الگوريتم PSO .......................................... 117 فصل ششم: نتيجه گيري و پيشنهادات6-1- نتيجه گيري............................. 1216-2- پيشنهادات.............................. 123 فهرست منابع................................... 124 فهرست جداول عنوان صفحه جدول (2-1): پارامترهاي مدل ديناميکي غيرخطي جرثقيل با کابل کششي............................................... 9جدول (2-2): مقادير بهرههاي کنترل کننده مقاوم مشتقي-انتگرالي-تناسبي.............................................. 14جدول (2-3): بهره هاي بهينه کنترل کنندهها با استفاده از الگوريتم ژنتيک......................................... 15جدول (2-4): کارايي کنترل کنندههاي مختلف........ 16جدول (2-5): بهرههاي بهينه کنترل کنندها با استفاده از الگوريتم PSO.............................................. 17جدول (2-6): مقادير بهره هاي کنترل کننده مقاوم مشتقي-انتگرالي-تناسبي........................................ 18جدول (4-1): عملکردکنترل کنندهمقاوم تناسبي-انتگرالي-مشتقي براي کنترلموقعيت سيستم ................................ 66جدول (4-2): عملکردکنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافتهبراي کنترلموقعيت سيستم .............................. ..67جدول (4-3): عملکردکنترل کننده کنندهمقاوم تناسبي-انتگرالي-مشتقي براي کنترلنوسانات بار.................................. 67جدول (4-4): عملکردکنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته برايکنترل نوسانات بار............................ 68 عنوان صفحه جدول (4-5): کارآيي کنترل کننده فازي تناسبي- انتگرالي-مشتقي براي موقعيتسرجرثقيل 5/0 متر.............................. 76جدول (4-6): کارآيي کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته پيشنهاد شدهبراي موقعيت سرجرثقيل 5/0متر.................... 77جدول (4-7): کارايي کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي بر اساس الگوريتم PSOبه ازاي طول کابل 75/0متر....................... 80جدول (4-8): کارايي کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته به ازايطول کابل 75/0متر.............................. 80فهرست شکل ها عنوان صفحه شکل (1-1): جرثقيل با کابل کششي.................. 4شکل (1-2): نمايي ديگر ازحمل بار توسط جرثقيل..... 5شکل (2-1): مدل جرثقيل با کابل کششي.............. 8شکل (2-2): نمودار بلوکي کنترل جرثقيل با کابل کششي11شکل (2-3): مدل مرجع مورد نظر طراح براي عملکرد ديناميکي موقعيت سر جرثقيل........................................ 17شکل (2-4): بلوک دياگرام کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي با تنظيم کننده فازي.................................... 18شکل (2-5): توابع عضويت فازي مربوط به وروديها... 19شکل (2-6): توابع عضويت فازي مربوط به خروجي..... 19شکل (2-7): بلوک دياگرام تنظيم بهرههاي کنترل کننده با استفاده از منطق فازي..................................... 20شکل (3-1): نحوه محاسبه خروجي در کنترل کننده سوگنو29شکل (3-2): نحوه محاسبه خروجي قطعي از مقادير فازي در کنترل کننده سوگنو......................................... 29شکل (3-3): ايده ناحيه بندي کردن غيرخطي......... 34شکل (3-4): ايده ناحيه بندي کردن غيرخطي محلي.... 34شکل (3-5): توابع عضويت فازي و ... 36شکل (3-6): توابع عضويت فازي و ... 37عنوان صفحه شکل (3-7): سيستم ردياب با پيش جبران ساز ورودي مرجع 46شکل (4-1): توابع عضويت مربوط به ........... 52شکل (4-2): توابع عضويت مربوط به ........... 53شکل (4-3): توابع عضويت مربوط به ........... 54شکل (4-4): توابع عضويت مربوط به ........... 55شکل (4-5): توابع عضويت مربوط به ........... 56شکل (4-6): ساختار کلي کنترل جرثقيل با کابل کششي62شکل (4-7): موقعيت سر جرثقيل در غياب کنترل کننده به ازاي فاصله مطلوب 1 متر،جرم بار 1 کيلوگرم وطول کابل 5/0متر............ 62شکل (4-8): زاويه نوسان بار در غياب کنترل کننده به ازاي فاصله مطلوب 1 متر،جرم بار 1 کيلوگرم وطول کابل 5/0متر............ 62شکل (4-9): موقعيت سر جرثقيل در حضور کنترل کننده به ازاي فاصله مطلوب 1 متر،جرم بار 1 کيلوگرم وطول کابل 5/0متر............ 63شکل (4-10): زاويه نوسان بار در حضور کنترل کننده به ازاي فاصله مطلوب 1 متر،جرم بار 1 کيلوگرم و طول کابل 5/0متر .......... 63شکل (4-11):کنترل کننده مقاوم تناسبي-انتگرالي-مشتقي - موقعيت سر جرثقيلبه ازاي مقادير مختلف جرم بار و طول کابل براي رسيدن به موقعيت 7/0 متر........................................... 64شکل (4-12): کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته، موقعيت سر جرثقيلبه ازاي مقادير مختلف جرم بار و طول کابل براي رسيدن به موقعيت 7/0 متر........................................... 65شکل (4-13): کنترل کننده مقاوم تناسبي-انتگرالي-مشتقي، زاويه بار با سر جرثقيلبه ازاي مقادير مختلف جرم بار و طول کابل براي رسيدن به موقعيت 7/0 متر........................................... 65عنوان صفحه شکل (4-14): کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته، زاويه بار با سر جرثقيلبه ازاي مقادير مختلف جرم بار و طول کابل براي رسيدن به موقعيت 7/0 متر........................................... 66شکل (4-15): کنترل کننده PID براساس الگوريتم ژنتيک، کنترل موقعيت سر جرثقيلبه ازاي بهره هاي کنترلي متفاوت و مسافت5/0 و جرم بار 1 کيلو گرم و طول کابل 5/0 .................................. 69شکل (4-16): کنترلکننده جبرانساز موازي توزيع يافته، کنترل موقعيت سرجرثقيلبه ازاي مسافت 5/0و جرم بار 1 کيلوگرم و طول کابل 5/0 متر69شکل (4-17): کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي بر اساس الگوريتم ژنتيک، زاويهبار با سر جرثقيل به ازاي بهرههاي کنترلي متفاوت و مسافت 5/0 70شکل (4-18): کنترلکننده جبرانساز موازي توزيع يافته، زاويه بار با سرجرثقيلبه ازاي مسافت 5/0 و جرم بار 1 و طول کابل 5/0 متر70شکل (4-19): کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي با تنظيم کننده فازي، کنترلموقعيت سر جرثقيل به ازاي جرم بار 5/0 و طول کابل 75/0 و مسافت 5/0.............................................. 71شکل (4-20): کنترلکننده جبرانساز موازي توزيع يافته، کنترل موقعيت سرجرثقيلبه ازاي جرم بار 5/0 و طول کابل 75/0 و مسافت 5/072شکل (4-21): کنترلکننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي با تنظيم کننده فازي، کنترلزاويه بار با سر جرثقيل به ازاي جرم بار 5/0 و طول کابل 75/0 و مسافت 5/0...................................... 72شکل (4-22): کنترلکننده جبرانساز موازي توزيع يافته، کنترل زاويه بار به ازايجرم بار 5/0 و طول کابل 75/0 و مسافت 5/0 متر.... 73شکل (4-23): کنترلکننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي با تنظيمکننده فازي، کنترلموقعيت سر جرثقيل به ازاي جرم بار 1 و طول کابل 25/0 و مسافت 5/0.............................................. 73شکل (4-24): کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته، کنترل موقعيت سرجرثقيل به ازاي جرم بار 1 و طول کابل 25/0 و مسافت 5/074عنوان صفحه شکل (4-25): کنترلکننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي با تنظيمکننده فازي،کنترل زاويه بار با سرجرثقيل به ازاي جرم بار 1 و طول کابل 25/0 و مسافت 5/0...................................... 74شکل (4-26): کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته، کنترل زاويه بار با سرجرثقيل به ازاي جرم بار 1 و طول کابل 25/0 و مسافت 5/075شکل (4-27): کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي بر اساس الگوريتم PSO،موقعيت سر جرثقيل به ازاي مسافتهاي متفاوت...... 78شکل (4-28): کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع شده، موقعيت سر جرثقيلبه ازاي مسافتهاي متفاوت...................... 78شکل (4-29): کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي بر اساس الگوريتم PSO،زاويه نوسان بار به ازاي مسافتهاي متفاوت....... 79شکل (4-30): کنترل‌کننده‌جبرانساز موازي توزيع يافته، زاويه نوسان باربه ازاي مسافتهاي‌متفاوت....................... 79شکل (5-1): يک مجموعه فازي نوع 2................ 83شکل (5-2): رد پاي عدم قطعيت مجموعه فازي نوع 2.. 85شکل (5-3): يک مجموعه فازي نوع 2 بازه اي........ 86شکل (5-4): تابع عضويت فازي نوع 2 ......... 103شکل (5-5): تابع عضويت فازي نوع 2 ......... 104شکل (5-6): تابع عضويت فازي نوع 2 .........................................................104شکل (5-7): تابع عضويت فازي نوع 2 ......... 105شکل (5-8): تابع عضويت فازي نوع 2 ......... 105شکل (5-9): تابع عضويت فازي نوع 2 ......... 106شکل (5-10): تابع عضويت فازي نوع 2 ........ 106عنوان صفحه شکل (5-11): تابع عضويت فازي نوع 2 ........ 107شکل (5-12): تابع عضويت فازي نوع 2 ........ 107شکل (5-13): تابع عضويت فازي نوع 2 ........ 108شکل (5-14): کنترل کننده مقاوم تناسبي-انتگرالي-مشتقي- موقعيت سر جرثقيلبه ازاي مقادير مختلف جرم بار و طول کابل براي رسيدن به موقعيت 7/0 متر........................................... 109شکل (5-15): کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته، موقعيت سر جرثقيلبه ازاي جرم بار 25/0 و طول کابل 6/0 براي رسيدن به موقعيت 7/0 متر.............................................. 110شکل (5-16): کنترل کننده مقاوم تناسبي-انتگرالي-مشتقي، زاويه بار با سرجرثقيل به ازاي مقادير مختلف جرم بار و طول کابل براي رسيدن به موقعيت 7/0 متر................................ 110شکل (5-17): کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته نوع2، زاويه بار باسر جرثقيل به ازاي 25/0 جرم بار و طول کابل 6/0 براي رسيدن به موقعيت 7/0 متر....................................... 111شکل (5-18): کنترل کننده PID براساس الگوريتم ژنتيک، کنترل موقعيت سر جرثقيلبه ازاي بهره هاي کنترلي متفاوت و مسافت5/0 و جرم بار 1 کيلو گرم و طول کابل 5/0 ................................. 112شکل (5-19): کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته نوع 2، کنترل موقعيتسرجرثقيل به ازاي مسافت 5/0و جرم بار 1 کيلوگرم و طول کابل 5/0 متر.............................................. 112شکل (5-20): کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي بر اساس الگوريتم ژنتيک،زاويه بار با سر جرثقيل به ازاي بهرههاي کنترلي متفاوت و مسافت 5/0.............................................. 113شکل (5-21): کنترلکننده جبرانساز موازي توزيع يافته نوع 2، زاويه بار باسرجرثقيل به ازاي مسافت 5/0و جرم بار 1 و طول کابل 5/ 0 متر113شکل (5-22): کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي‌با تنظيمکننده فازي، کنترلموقعيت سر جرثقيل به ازاي جرم بار 5/0 و طول کابل 75/0 و مسافت 5/0.............................................. 114عنوان صفحه شکل (5-23): کنترلکننده جبرانساز موازي توزيع يافته نوع 2، کنترل موقعيتسر جرثقيل به ازاي جرم بار 5/0 و طول کابل 75/0 و مسافت 5/0115شکل (5-24): کنترلکننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي با تنظيم کننده فازي، کنترلزاويه بار با سر جرثقيل به ازاي جرم بار 5/0 و طول کابل 75/0 و مسافت 5/0........................................... 115شکل (5-25): کنترلکننده جبرانساز موازي توزيع يافته نوع 2، کنترل زاويه باربه ازاي جرم بار 5/0 و طول کابل 75/0 و مسافت 5/ متر 116شکل (5-26): کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي بر اساس الگوريتم PSO،موقعيت سر جرثقيل به ازاي مسافتهاي متفاوت...... 117شکل (5-27): کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع شده نوع 2، موقعيتسر جرثقيل به ازاي مسافتهاي متفاوت............. 117شکل (5-28): کنترل کننده تناسبي-انتگرالي-مشتقي بر اساس الگوريتم PSO،زاويه نوسان بار به ازاي مسافتهاي متفاوت....... 118شکل (5-29): کنترل کننده جبرانساز موازي توزيع يافته نوع 2، زاويه نوسان باربه ازاي مسافتهاي متفاوت....................... 118فهرست نشانه هاي اختصاري = m1جرم بار= m2جرم سر جرثقیل= l طول کابل= kt ثابث گشتاور= ke ثابت الکتریکی= B ثابت اصطکاک= rp شعاع قرقره= r نسبت دنده= Tl گشتاور بار= Tm گشتاور موتور= i جریان آرمیچر= L اندوکتانس=R مقاومت=V ولتاژ ورودی1- مقدمه در صنعت، جرثقيلها[1] به طور گسترده براي حمل بارهاي سنگين و مواد پر خطر در کارخانهها، صنايع هستهاي، ساختمانهاي بلند و صنايع کشتي سازي استفاده ميشوند. جرثقيل بايد بار معلق را با بيشترين سرعت وکمترين نوسان[2] در مقصد جابجا کند[1]. در بيشتر جرثقيلها بعد از انتقال سريع بار به نقطه پاياني، توقف ناگهاني باعث بوجود آمدن حرکت نوساني در بار ميشود. اين حرکت نوساني ممکن است که به بار و تجهيزات اطراف آسيب برساند. علاوه بر آن اپراتور بايد براي قرار دادن بار در محل مورد نظر منتظر اتمام اين نوسانات باشد.روشهاي کنترلي زيادي بر پايه روشهاي کلاسيک و مدرن پيشنهاد و تست شده است، که ميتوان به روشهاي کنترل تطبيقي [2-3]، کنترل با استفاده از الگوريتم ژنتيک و کنترل تناسبي-انتگرالي-مشتقي در [4]، الگوريتم بهينه سازي ازدحام ذرات [5] اشاره کرد.بيشتر روشهاي کلاسيک تنها وقتي قابل استفاده هستند که مدل دقيقي از جرثقيل در دسترس باشد. روش هاي ارائه شده در کنترل فازي به خوبي اين قابليت را دارند که بر روي سيستم هايي که مدل رياضي دقيقي ندارند و يا به هر نحو اطلاعات محدودي در مورد آنها در اختيار است، پياده شوند. همين امر يکي از دلايل عمده کاربرد چشم گير منطق فازي در پروسههاي صنعتي است.