بازدید:48289 بروزرسانی: 22-02-1403
عنوان کتاب: کنترل پیش بین مبتنی بر مدل: تئوری و کاربردها |
با گسترش دامنه کاربردهای نظریه کنترل، بهسرعت روشهای پیشرفته کنترلی بهمنظور بهرهگیری در صنایع مختلف توسعه پیدا کردند. بدون شک، یکی از توانمندترین و پرکاربردترین روشهای پیشرفته کنترلی که توانمندی آن در دستیابی به عملکردهای بسیار بالا و مواجهه با مسائل کنترليِ چندمتغيره و داراي محدوديت (مقيد) به اثبات رسیده است، روشی موسوم به ‹‹کنترل پیش بین مبتنی بر مدل›› یا بهاختصار ‹‹کنترل پیش بین›› است. ایده این روش نخستين بار توسط پروپوي (Propoi) در سال 1963 و در قالب یک مسئله کنترل مبتنی بر بهینه سازی معرفي شد. پسازآن در دهههاي 1960 و 1970 تئوریها و کاربردهای صنعتی ارزشمندی از این روش پديدار شدند و بهسرعت توسعه پیدا کردند. هرچند امروزه منابع، کتب و مقالات ارزشمندی در زمینه تئوریهای کنترل پیش بین در دسترس است، ولی بهواسطه وسعت و گستردگی تئوریها و الگوریتمهای توسعهیافته در این حوزه، هریک از این منابع با تکیهبر یکی از ساختارهای موجود به بیان مطالب پرداخته و فرمولبندی منحصربهفرد خود را ارائه دادهاند. این امر باعث شده است که دانشجویان، محققین و مهندسین در بدو ورود به مباحث این روش کنترلی با سردرگمی مواجه شوند و امکان تفکیک و تجمیع مباحث به واسط فرمولبندیهای متفاوت در مراجع مختلف بهراحتی امکانپذیر نباشد. کتاب حاضر ثمره سالها پژوهش و تدریس مداوم اینجانب در دانشگاه و برگرفته از تجربیات حاصل از ارتباط مستقیم با محققین سرشناس بین المللی در حوزه کنترل پیش بین بوده است. در تألیف این کتاب سعی شده است که از یکسو تمام نسخه های اصلی روش کنترل پیش بین در یک چارچوب کاملاً واحد (برخلاف عمده منابع موجود) و با رویکردی مفهومی به صورتی دقیق و کاربردی فرمولبندی شوند. این امر امکان برقراری ارتباط بین نسخه های مختلف روش کنترل پیش بین را برای محققین این حوزه بهراحتی فراهم میکند. از سوی دیگر، بهمنظور کاربردی نمودن مباحث و سهولت شبیه سازی و درنهایت پیاده سازی عملی الگوریتمهای ارائهشده، یک جعبهابزار اختصاصی تحت عنوان ‹‹کنترل پیش بین در سهگام (MPC3S)›› توسط مؤلف طراحی شده و در اختیار محققین و خوانندگان کتاب قرار گرفته است. لازم به ذکر است، کلیه مثالهای مطرحشده در این کتاب توسط این جعبهابزار شبیه سازی و نتایج آنها استخراج شدهاند. ویژگی بارز و متمایزکننده جعبهابزار MPC3S در مقایسه با سایر ابزارهای مشابه آن است که کدها و توابع پیاده سازی شده در آن اساساً هیچ تفاوتی با الگوریتمهای ارائهشده در کتاب نداشته و درنتیجه خواننده با واکاوی کدهای داخل جعبهابزار بهراحتی درک مناسبی از روش پیاده سازی الگوریتمها به دست می آورد. ویژگی مهم دیگر در این جعبهابزار سهولت بهره گیری از آن است. بهطوریکه کل فرایند تعریف، حل و شبیه سازی حلقه بسته، تنها با سه دستور ساده زیر به انجام می رسد و نتایج در اختیار طراح قرار میگیرد: MPC_Problem() MPC_Solve() MPC_Sim() بهمنظور دانلود جعبهابزار MPC3S و راهنمای استفاده از آن به آدرس زیر مراجعه فرمایید: http://www.znu.ac.ir/members/newpage/915 شایانذکر است، کتاب حاضر مطابق با سرفصلهای مصوب وزارت علوم، تحقیقات و فناوری برای درس ‹‹کنترل پیش بین›› در مقاطع کارشناسی ارشد و دکتری تألیف شده و میتواند بهعنوان یک مرجع مناسب و کامل برای دانشجویان این مقاطع استفاده شود. از سوی دیگر، با توجه به اینکه کتاب حاضر تمام مباحث مقدماتی تا پیشرفته در حوزه ‹‹کنترل پیش بین›› و نیز ‹‹بهینه سازی کاربردی›› را پوشش می دهد، لذا می تواند بهعنوان مرجعی مناسب برای مهندسین و محققین در رشته های مختلف مورداستفاده واقع شود. مطالب ارائهشده در این کتاب در نه فصل دسته بندی شده است. در فصل اول کتاب، به بیان مفاهیم اولیه، آشنایی با سیستمهای کنترل کلاسیک و محدودیتهای آنها پرداخته شده است. همچنین تاریخچه ای مختصر از روند پیدایش و توسعه روش کنترل پیش بین ارائه و مثالهایی انگیزشی در این خصوص ارائه شده است. در فصل دوم، انواع نسخه های کنترل پیش بین و اجزاء سازنده آن موردبررسی قرار گرفته است. در این خصوص، بهاختصار مدلهای مختلف مورداستفاده در روش کنترل پیش بین، تابع هزینه و انواع محدودیتهای (قیدهای) موردبررسی در این روش موردتوجه قرار گرفته است. درنهایت، فرمول بندی مسئله کنترل پیش بین ارائه شده است. در فصل سوم، به تبیین انواع روشهای پیش بینی مبتنی بر مدل پرداخته شده است. برای این منظور ابتدا یک چارچوب واحد برای توصیف بردار پیش بینی ارائه شده است. سپس با بهره گیری از آن کلیه مدلهای پیش بینی متناظر با انواع مدلهای کاربردی تعیین شدهاند. در فصل چهارم، حل مسئله کنترل پیش بین غیرمقید موردبررسی قرار گرفته است. با بهره گیری از چارچوب واحد ارائهشده، فرمولبندی مسئله برای کلیه نسخه های موردمطالعه استخراج شده است. در فصل پنجم، تحلیل عملکرد سیستم حلقهبسته در حضور کنترل کننده پیش بین غیرمقید مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این راستا، ابتدا یک مدل بلوک دیاگرامی معادل برای سیستم حلقه بسته در حضور کنترل کننده پیش بین غیرمقید استخراج شده است. سپس، با بهره گیری از ابزارهای تحلیل در کنترل کلاسیک امکان ارزیابی عملکرد سیستم حلقه بسته شامل پایداری، حساسیت و مقاوم بودن فراهم شده است. در فصل ششم، به بررسی و فرمولبندی مسئله کنترل پیشبین مقید پرداخته شده است. مشابه با رویکرد فصل چهارم، در این فصل هم با بهره گیری از چارچوب واحد ارائه شده برای مدلهای پیشبینی، فرمولبندی مسئله کنترل پیشبین مقید برای کلیه نسخه های موردمطالعه استخراج شده است. درنهایت، مسئله کنترل پیش بین در قالب یک مسئله بهینه سازی مقید فرمولبندی شده است. در فصل هفتم، به بررسی اصول و الگوریتمهای حل مسائل بهینهسازی محدب (غیرمقید/مقید) پرداخته شده است. شایانذکر است، این فصل تا حد زیادی بهصورت مستقل از سایر فصلهای کتاب نگارش یافته و در صورت لزوم بدون از دست رفتن پیوستگی مطالب امکان حذف این فصل وجود دارد. در فصل هشتم، به بیان مبانی و تئوریهای یکی از روشهای نوین کنترل پیشبین تحت عنوان ‹‹کنترل پیشبین صریح›› پرداخته شده است. در این روش، با بهرهگیری از ابزار بهینهسازی چندپارامتری امکان حل مسئله کنترل پیشبین بهصورت برونخط فراهم شده است. با استفاده از این روش، امکان بهرهگیری از ایده کنترل پیشبین در حوزه وسیعتری از کاربردهای صنعتی با دینامیک سریع فراهم میشود. در این فصل ابتدا تئوریها و الگوریتمهای بهینه سازی چندپارامتری بیان شده و سپس با استفاده از آن به حل مسئله کنترل پیشبین صریح پرداخته شده است. در فصل نهم به بررسی و آموزش روال بهرهگیری از جعبهابزار اختصاصی طراحی شده برای این کتاب تحت عنوان کنترل پیش بین در سهگام (MPC3S) پرداخته شده است. همچنین، ساختار و اجزاء کلیه توابع موجود در این جعبهابزار شامل طراحی و شبیه سازی انواع روشهای کنترل پیش بین، الگوریتمهای بهینه سازی عددی، الگوریتمهای بهینه سازی چندپارامتری و نیز الگوریتمهای مربوط به مجموعه های چندوجهی موردبررسی قرار گرفته است. شایانذکر است، فصل هفتم این کتاب به همراه بخشی از فصل هشتم (بخش 8-1) و فصل نهم، میتواند بهعنوان یک مرجع مناسب و کاربردی برای دروس بهینه سازی و کاربرد آن در مهندسی مورد استفاده قرار گیرد. کلیه کدها و الگوریتمهای بهینه سازی مطرحشده در این کتاب در جعبهابزار MPC3S در دسترس هستند. |