آقای علی راستی جهرمی دانشجوی دکتری جناب آقای دکتر منتظری، روز سه شنبه 98/04/25 از رساله دکتری خود تحت عنوان "طراحی و پیاده سازی کنترل پیش بین مدل برای کنترل موتور توربوفن و مقایسه با الگوریتم min-max" دفاع خواهد کرد. این جلسه ساعت 17 روز سه شنبه در آمفی تاتر دانشکده مهندسی مکانیک برگزار خواهد شد.

چکیده:

سیستم کنترل موتورهای توربوفن از جمله مهم­ترین فناوری­های پیشرفته و کلیدی می­باشد.سیستم­های کنترل موتور استاندارد برای دهه­های متمادی است که بدون تغییرات مفهومی خاصی استفاده می­شوند و تا کنون نیز جوابگوی مسائل و نیازمندی­های موتورهای توربوفن بوده­اند. اما به طور همزمان، تکنیک­های کنترلی جدید و پیشرفته، که بسیاری از آنها دارای کاربردهای صنعتی نیز می­باشند،به منظور دستیابی به اهداف موتورهای آینده در حال توسعه هستند. از جمله این تکنیک­های کنترلی جدید که در سال­های اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته، کنترل پیش­بین مدل است. از آنجا که این کنترلر می­تواند تمام قیود عملکردی و ساختاری موتور را طی یک فرآیند بهینه­سازی در نظر بگیرد و سیگنال کنترلی بهینه را تولید نماید، به عنوان راهکار کنترل موتور بسیار مناسب می­باشد. اما تا کنون تحقیقات اندکی بر روی این روش کنترلی انجام شده و عملکرد آن به درستی با الگوریتم کنترلی min-max که بطور سنتی در موتورهای توربوفن استفاده می­شود، مقایسه نشده است.
در این رساله کنترل پیش­بین مدل به عنوان یک کنترلر مدرندر جهت بکارگیری در سیستم کنترل موتور توربوفن طراحی، پیاده­سازی و تست شده و عملکرد آن با الگوریتم کنترلی min-max مقایسه شده است. بدین منظور، ابتدا مدلسازی ترمودینامیکی حالت پایای موتور توربوفن جهت تحلیل عملکرد و مدلسازی دینامیکی آن جهت طراحی کنترلر انجام شده است. سپس، مدل ترمودینامیکی با روش­های خطی­سازی مختلف و در نقاط عملکردی متعدد خطی­سازی شده است. سپس کنترل پیش­بین مدل چندمتغیره و الگوریتم کنترلی min-max، با در نظر گرفتن دو ورودی نرخ جریان سوخت و مقدار بلید و تمامی قیود لازم برای عملکرد ایمن موتور توربوفن، برای این نقاط کاری طراحی شده است. از آنجا که MPC یک الگوریتم کنترلی مدل­پایه می­باشد و دقت مدل خطی در آن بسیار حائز اهمیت است، یکی از مشکلاتی که در کنترل­های پیش­بین طراحی شده برای موتور تا کنون وجود داشت، مسئله عدم تطابق بین مدل خطی و پلنت (مدل ترمودینامیکی غیرخطی) بود. در تحقیقات انجام گرفته تا کنون، برای رفع این مشکل، قیود سیستم را به طور محافظه­کارانه تعیین می­کردند. در این رساله، با استفاده از روش اصلاح فیدبک سعی شده است تا مشکل عدم تطابق بین مدل خطی و پلنت تعدیل شود. بهره­های رگولاتورهای خطی الگوریتم min-max نیز با بکارگیری روش بهینه­سازی الگوریتم ژنتیک محاسبه شده­اند، تا نرخ سوخت بهینه به دست آید و مقایسه صحیحی با الگوریتم MPC، که سیگنال کنترلی بهینه را تولید می­کند، انجام گیرد. علاوه بر طراحی و شبیه­سازی، این دو کنترلر باید از دیدگاه بار محاسباتی و پیاده­سازی بر روی سخت­افزار نیز با یکدیگر مقایسه شوند. بدین منظور، سخت­افزار مناسب برای پیاده­سازی آنها انتخاب و پیاده­سازی هر دو کنترلر انجام شده است. یکی از بهترین روش­های متداول برای اطمینان از صحت پیاده­سازی و عملکرد کنترلر انجام تست سخت­افزار در حلقه می­باشد. بدین منظور، بستر تستی مهیا شده و شبیه­سازی سخت­افزار در حلقه با بکارگیری هر دو الگوریتم MPC و min-max، برای اولین بار، انجام شده است. در انتها عملکرد این دو کنترلر از زوایای مختلف شامل شبیه­سازی کامپیوتری، پیاده­سازی و شبیه­سازی سخت­افزار در حلقه مقایسه، تحلیل و ارزیابی شده است. نتایج این تحلیل نشان می­دهد که کنترل پیش­بین مدل به طور قابل توجهی سرعت پاسخ موتور را افزایش داده ضمن اینکه قیود عملکردی و ساختاری که برای اطمینان از عملکرد ایمن موتور لازم است را نیز رعایت می­کند. به علاوه، نشان داده شده است که بکارگیری روش اصلاح فیدبک توانسته است مشکل عدم تطابق بین مدل و پلنت را مرتفع نماید. اما از طرف دیگر، سرعت محاسبات در روش MPC، به علت وجود فرآیند بهینه­سازی در ساختار آن، کندتر از الگوریتم min-max است که نیازمند تحقیق روی الگوریتم و فرآیند پیاده­سازی آن است.
 
واژه‌های کلیدی: موتور توربوفن، مدلسازی ترمودینامیکی، خطی­سازی، کنترل پیش­بین مدل، الگوریتم Min-Max، پیاده­سازی و تست سخت افزار در حلقه