مدل سازی و کنترل یک سیستم غیرخطی توپ و میله با استفاده از کنترل PID و اعتبارسنجی تجربی

این مقاله، مدلسازی سیستم توپ و میله با در نظر گرفتن عوامل غیرخطی و اثرات متقابل را ارائه می دهد. این سیستم، یک سیستم کنترل پایه است که در اکثر آزمایشگاه های دانشگاهی وجود دارد و شامل یک توپ، میله، موتور، سنسور فاصله و کنترلر است. گشتاوری که توسط موتور تولید می شود، برای کنترل موقعیت توپ بر روی میله به کار می رود، با استفاده از تکنیک های حسگری خطی برای مقایسه داده های حسگر با مقادیر مطلوب موقعیت. تفاوت حاصله به کنترلر PID بازخورد داده می شود تا موقعیت مطلوب توپ بدست آید. اگرچه مدل ریاضی برای سیستم، به طور ذاتی غیرخطی است، اما می توان آن را در نزدیکی منطقه افقی خطی کرد که هنوز برای بسیاری از سیستم های واقعی، مانند استحکام بخشیدن به هواپیما در هنگام فرود و در جریان هوای آشفته، قابل استفاده است. برای رفع مشکلات واقعی چون نویز سنسور و اشباع عملگر، کنترلر های سیستم بهبود یافته و مقاومت تر ساخته شده اند. سیستم با استفاده از یک کنترلر میکرو Arduino پیاده سازی شده است، که موقعیت توپ را از یک سنسور فاصله مادون قرمز دریافت کرده و آن را با فاصله مطلوب توسط کاربر مقایسه می کند. الگوریتم PID تعبیه شده در Arduino با پردازش تفاوت سیگنال های موقعیت مطلوب و واقعی، سیگنال کنترلی را تولید می کند که سپس به یک موتور DC سرو ارسال می شود تا توپ را چرخانده و موقعیت آن را به موقعیت مطلوب تغییر دهد.

Keywords:

سیستم توپ و میله , کنترل (PID) Proportional Integral Derivative , مدلسازی غیرخطی , پایداری , اجرا , پیاده سازی