Skip to main content
SUPERVISOR
مصطفی غیور (استاد راهنما) سعید بهبهانی (استاد راهنما) مهران شهریاری (استاد مشاور)
 
STUDENT
Zahra Eshraghi
زهرا اشراقی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Modeling and development of a control algorithm for temperature control of a thermal load by a thermal conductive plate
A satellite consists of various sub-systems such as structures, motion mechanisms, temperature control system, electrical power supply and satellite propulsion. One of these sub-systems is satellite thermal control, which plays a very important role in satellite operation. The task of the thermal control system is basically to ensure that all parts of the satellite and its equipments are maintained in an allowable range of temperature. Thermal control in these systems is carried out in two ways: active and passive. In passive ways, thermal condition of an equipment is controlled using passive elements such as paint, insulation, and heat exchanger; while in active methods, closed loop systems with suitable temperature feedback along with a thermal actuator are used. In this study, the design of an active thermal control system is carried out for one of the satellite equipments for testing in a ground testbed. These highly sensitive and expensive electrical equipments are first tested on ground testbeds, prior to being placed on the satellite. Similar to their real operation, their temperatures have to be controlled in allowable range during the ground tests. The design of the controller, requires the dynamic equations of the system, which can be obtained using the energy conservation equations. In this study, the dynamic equations of the system are obtained using lumped parameter method. The system behavior under different thermal loads are simulated in two different software, including MATLAB and SINDA (SINDA / FLUINT), and their results are verified. The inlet water temperature to the heat exchanger of the testbed is the control input to the system. Two different controllers are designed for this system, including fuzzy rule based controller and model based robust adaptive controllers, and their results are compared. The fuzzy controller is a supervisory controller which adapts the PID controller coefficients. In robust adaptive controller, the thermal system parameters are considered unknown, and the controller in designed in a way to ensure the stability of the system using Lyaponove method. Under similar thermal load, the robust adaptive controller maintains the temperature of the system in the allowable range more satisfactory than the fuzzy supervisory contoller. Keywords: Thermal control subsystem, Lumped parameters method, Fuzzy-PID controller, Robust-adaptive controller
ماهواره از زیر سیستم های گوناگونی همچون سازه، مکانیزم های حرکتی، سیستم تنظیم دما، منبع تغذیه الکتریکی و پیشرانه ماهواره تشکیل شده است. یکی از این زیر سیستم ها که از جمله مهم ترین بخش های ماهواره است، زیر سیستم کنترل حرارت ماهواره است. وظیفه ی سیستم کنترل حرارت، اساسا اطمینان از این است که دمای کلیه بخش های ماهواره و تجهیزات به کار رفته در آن، در یک محدوده دمایی مشخص و مجاز، جهت کارکرد صحیح قرار گیرند. کنترل حرارت در این سیستم ها، به دو روش کنترل حرارت فعال و غیر فعال انجام می گیرد. در شیوه های غیر فعال با استفاده از المان های منفعل نظیر رنگ، عایق ، مبدل حرارتی وضعیت حرارتی تجهیزات کنترل می شود، در حالیکه در روش های فعال معمولا از سیستم های حلقه بسته با پسخورد دما استفاده می شود. در این پژوهش، طراحی یک سیستم کنترل حرارت فعال برای یکی از تجهیزات به کار رفته در ماهواره، جهت تست در یک بستر زمینی انجام شده است. این تجهیزات الکتریکی بسیار حساس و گران قیمت، قبل از قرار گیری در ماهواره، ابتدا در بستر های زمینی جهت بررسی عملکرد اصلی تست می شوند. این قطعات، هنگام اجرای عملیات تحت الگوهای حرارتی متفاوت، افزایش دمای زیادی تجربه می کنند. بنابراین به دلیل کاربرد حساس، دمای آن ها مشابه زیر سیستم کنترل حرارت ماهواره، در یک محدوده دمایی مجاز کنترل می شود. برای انجام چنین وظیفه ای نیاز به طراحی الگوریتم های کنترلی جهت حفظ دمای مجاز برای تجهیز مذکور می باشد. طراحی کنترل کننده، نیازمند معادلات دینامیکی سیستم می باشد، که آن ها را می توان با استفاده از معادلات پایستاری انرژی به دست آورد. در این پژوهش معادلات دینامیکی سیستم با استفاده از روش پارامتر های توده ای، به صورت خطی و غیر خطی در دو نرم افزار متلب و سیندا (SINDA/FLUINT) به دست آمده و نتایج آن ها صحت سنجی شده است. سپس با استفاده از کنترل دمای آب ورودی به بستر تست توسط طراحی دو کنترل کننده مجزا بر پایه مدل و بر پایه قوانین فازی، دمای تجهیز مورد نظر کنترل می شود. یکی از کنترل کننده های طراحی شده در این پژوهش، کنترل کننده ای است که بر پایه ی منطق فازی طراحی می شود. این کنترل کننده اقدام به تنظیم ضرایب کنترل کننده PID به صورت بهنگام با استفاده از یک پایگاه قوانین فازی می نماید. کنترل کننده طراحی شده PID فازی خود تنظیم نامیده می شود. در ادامه ی پژوهش علاوه بر کنترل کننده PID فازی، یک کنترل کننده تطبیقی مقاوم طراحی می شود که بر پایه مدل سیستم حرارتی است. پارامتر های سیستم حرارتی در طراحی این کنترل کننده مجهول در نظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی، عملکرد رضایت بخش و بهتر الگوریتم کنترل تطبیقی مقاوم را نسبت به کنترل کننده PID فازی نشان می دهند. تحت الگوی تولید توان حرارتی کاملاً مشابه، اختلاف نتایج کنترل کننده با مقدار مطلوب در کنترل کننده تطبیقی مقاوم بسیار کمتر از کنترل کننده PID فازی بوده است. کلمات کلیدی : زیر سیستم کنترل حرارت، روش پارامتر های توده ای، کنترل کننده PID فازی، کنترل کننده تطبیقی مقاوم

ارتقاء امنیت وب با وف بومی