• 9

• روش­های پیش­بینی پایایی 10

• محاسبه­ی شاخص­های پایایی………………………………………………………. 11

  • تابع چگالی احتمال خرابی 11
  • تابع پایایی 11
  • تابع نرخ خرابی 11
  • میانگین فاصله­ی زمان بین خرابی­ها (MTBF)…………………………………………………………………… 12
  • میانگین مدت زمان تعمیرات (MTTR)…………………………………………………………………… 12
  • قابلیت دسترسی 12

• تابع پایایی به ازای توابع توزیع مختلف…………………………………………. 13

• پایایی سیستم­های سری…………………………………………………………….. 14

• پایایی سیستم­های موازی……………………………………………………………. 14

• نقش تعمیرات در پایایی……………………………………………………………. 14

• پویایی سیستم……………………………………………………………………………… 15

  • بیان مسئله………………………………………………………………………………. 19
  • تدوین فرضیه­های پویا………………………………………………………………. 19
  • فرموله کردن…………………………………………………………………………… 20
  • آزمون واعتبارسنجیمدل 21
  • طراحی و ارزیابی سیاست………………………………………………………….. 23

• کنترل کیفیت آماری………………………………………………………………………. 23

  • نمودار جمع تجمعی………………………………………………………………… 24
  • ماسک V………………………………………………………………………………. 24
  • روش جدولی جمع تجمعی……………………………………………………….. 25

• فرضیات پژوهش…………………………………………………………………………. 27

• هدف پژوهش…………………………………………………………………………….. 27

• روش پژوهش…………………………………………………………………………….. 27

• ساختار پایان­نامه………………………………………………………………………….. 28

فصل دوم: بر ادبیات موضوع………………………………………………………………. 29

• مقدمه………………………………………………………………………………………. 30

• سیستم نگهداری و تعمیرات…………………………………………………………… 30

  • پیشرفت­های اخیر در زمینه­ نگهداری و تعمیرات………………………….. 34

• پایایی………………………………………………………………………………………. 36

• پویایی سیستم…………………………………………………………………………….. 39

• کنترل کیفیت آماری……………………………………………………………………… 46

• شکاف پژوهش…………………………………………………………………………… 47

• نتیجه­گیری………………………………………………………………………………… 48

فصل سوم: روش پژوهش…………………………………………………………………………….. 49

• مقدمه………………………………………………………………………………………… 50

• طراحی مدل پویا برای سیستم نگهداری و تعمیرات………………………………. 50

  • بیان مسئله………………………………………………………………………….. 52
  • تدوین فرضیه­های پویا 54
  • جدول متغیرهای مدل 58
  • نمودار علّت و معلول 59
  • نمودار انباشت و جریان 89

• نتیجه­گیری………………………………………………………………………………….. 91

فصل چهارم: مطالعه­ی عددی…………………………………………………………………………. 92

• مقدمه………………………………………………………………………………………… 93

• اجرای مدل شبیه­سازی ارزیابی پایایی در سیستم نگهداری و تعمیرات……….. 93

• اعتبارسنجی مدل شبیه­سازی ارزیابی پایایی در سیستم نگهداری و تعمیرات… 96

• تجزیه و تحلیل با استفاده از نمودار CUSUM………………………………….. 104

• نتیجه­گیری……………………………………………………………………………….. 106

فصل پنجم: نتیجه­گیری و پیشنهادها………………………………………………………………. 107

• نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………. 108

• 

• پیشنهادها…………………………………………………………………………………… 109

مراجع…………………………………………………………………………………………………….. 110

مراجع فارسی……………………………………………………………………………………………… 111

مراجع لاتین……………………………………………………………………………………………….. 111

فهرست شکل­ها

عنوان صفحه

شکل 1-1- نقشه استراتژی ارزیابی متوازن سیستم نگهداری و تعمیرات………………………… 6

شکل 1-2- فرآیند مدل­سازی………………………………………………………………………….. 16

شکل 1-3- فرآیند مدل­سازی در پویایی شناسی سیستم………………………………………….. 17

شکل 1-4- شکل پارامتری ماسک V………………………………………………………………… 23

شکل 1-5- نمودار وضعیت جمع تجمعی………………………………………………………….. 25

شکل 2-1- نمودار علّت و معلولی پژوهش دنیل و بنگت……………………………………… 40

شکل 2-2- نمودار انباشت و جریان پژوهش دنیل و بنگت……………………………………. 41

شکل 2-3- نمودار انباشت و جریان پژوهش ژانگ و ژیانگ………………………………….. 42

شکل 2-4- نمودار انباشت و جریان پژوهش اولیوا و استرمن………………………………… 43

شکل 2-5- نمودار انباشت و جریان پژوهش دوآن و همکاران………………………………. 44

شکل 3-1- جایگاه سیستم نگهداری و تعمیرات………………………………………………….. 48

شکل 3-2 فلوچارت رویه­ی حل مسأله­ی پژوهش………………………………………………… 51

شکل 3-3- نمودار علّت و معلولی ارزیابی پایایی در سیستم نگهداری و تعمیرات………. 80

شکل 4-1- نتایج مدل شبیه­سازی ارزیابی پایایی در سیستم نگهداری و تعمیرات…………. 88

شکل 4-2- اثر تغییر تعداد برنامه­ی آموزش روی میزان مهارت کارکنان……………………. 90

شکل 4-3- اثر تغییر تعداد برنامه­ی آموزش روی بهره­وری کارکنان………………………….. 91

شکل 4-4- اثر تغییر تعداد برنامه­ی آموزش روی هزینه­ی آموزش…………………………… 92

شکل 4-5- اثر تغییر تعداد برنامه­ی آموزش روی کیفیت سیستم نگهداری و تعمیرات…… 93

شکل 4-6- اثر تغییر تعداد برنامه­های تبلیغاتی روی تعداد مشتریان…………………………. 94

شکل 4-7- اثر تغییر تعداد برنامه­های تبلیغاتی روی سهم بازار……………………………….. 95

شکل 4-8- اثر تغییر نرخ تورم روی هزینه­ی مواد به ازای هر ماشین……………………….. 96

شکل 4-9- اثر تغییر نرخ تورم روی قیمت محصول……………………………………………. 97

شکل 4-10- نمودار کنترل CUSUM با استفاده از داده­های پایایی…………………………. 99

فهرست جدول­ها

عنوان صفحه

جدول 1-1- تابع پایایی به ازای توابع توزیع مختلف…………………………………………….. 12

جدول 1-2- اعتبارسنجی مدل­های پویایی سیستم…………………………………………………. 21

جدول 3-1- فرآیند مدل­سازی سیستماتیک مسائل پویایی سیستم…………………………….. 49

جدول 3-2- متغیرهای تأثیرگذار بر مدل……………………………………………………………. 55

1-2-برخی از کاربردهای لوله ورتکس……………………….. 3
1-2-1-کاربردهای خنک ساز موضعی…………………………. 4
1-2-2-کاربردهای گرما ساز موضعی…………………………. 5
1-2-3-تجهیزات آزمایشگاهی لوله ورتکس………………………….. 6
1-2-4-تهویه مطبوع شخصی…………………………. 6
1-3-نظریه های رایج در مورد لوله ورتکس………………………….. 7
1-4-تحلیل نظری لوله ورتکس………………………….. 7
1-4-1-تحلیل ترمودینامیکی سیستم لوله ورتکس………………………….. 7
1-4-1-1-قانون بقای جرم………………………… 8
1-4-1-2-قانون اول ترمودینامیک………………………….. 8
1-4-1-3-قانون دوم ترمودینامیک………………………….. 9
1-4-2-راندمان های سیستم لوله ورتکس[2]……………………….. 12
1-4-2-1-راندمان های گرمایی برای سیستم لوله ورتکس………………. 12
1-4-2-2-راندمان برای یک انبساط ایزنتروپیک کامل…………………… 13
1-4-2-3-راندمان کارنو………………………… 13
1-4-2-4-معیاری بر مبنای سیکل کارنو………………………… 14
1-5-پژوهش پیش روی………………………..14
فصل دوم : ادبیات تحقیق
2-1-مقدمه………………………… 15
2-2-مطالعات تجربی ………………………..16
2-2-1-سیال عامل………………………… 16
2-2-2-هندسه………………………… 16
2-2-3-میدان جریان داخلی…………………………. 20
2-2-3-1-آشکارسازی جریان………………………… 20
2-2-3-2-توزیع های سرعت در داخل لوله ورتکس……………….. 21
2-2-3-3-اثبات تجربی جریان گردشی ثانویه……………………. 22
2-3-توسعه تئوری……………………….. 25
2-3-1-انتقال حرارت اصطکاکی…………………………. 25
2-4-مدل جریان صوتی در لوله ورتکس………………………….. 27
2-5-مطالعات دینامیک سیالات محاسباتی………………………. 29
فصل سوم : معادلات حاکم
3-1-مقدمه………………………… 33
3-2-تاریخچه CFD………………………….
3-3-کاربردهای CFD………………………….
3-4-معادلات ناویر استوکس………………………….. 34
3-5-معادلات حاکم در بخش دینامیک سیالات محاسباتی…………… 35
3-5-1-مدل ……………………………. 36
3-5-2-مدل …………………………….. 40
3-5-3-مدل …………………………………….. 41
3-6-شرایط مرزی…………………………. 43
فصل چهارم : نتایج
4-1-مقدمه………………………… 44
4-2-بررسی تجربی………………………..44
4-2-1-نتایج بررسی تجربی…………………………. 47
4-2-2-اندازه گیری خطا……………………….. 48
4-2-3-منابع خطا ………………………..48
4-2-3-1-خطای شخص………………………..48
4-2-3-2-خطای دستگاه ………………………..48

4-2-3-3-خطای منظم (سیستماتیک)……………………….. 48
4-2-3-4-خطای کاتوره ای(نامنظم)……………………….. 48
4-2-4-خطای مطلق………………………… 48
4-2-4-1-عدم قطعیت و آنالیز خطا……………………….. 48
4-3-شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی……………………… 53
4-3-1-روش بکار گرفته شده……………………….. 53
4-3-2-استفاده از نتایج تجربی…………………………. 54
4-3-3-مدل دینامیک سیالات محاسباتی لوله ورتکس…………………. 54
4-3-4-شرایط مرزی…………………………. 59
4-3-4-1-ورودی نازل ها……………………….. 59
4-3-4-2-خروجی سرد………………………… 59
4-3-4-3-خروجی گرم……………………….. 59
4-3-5-مطالعه استقلال از شبکه………………………..60
4-3-6-انطباق شبکه………………………… 62
4-3-7-نتایج عملکرد مدل های توربولانسی…………………………. 63
4-3-7-1-کانتورهای دما……………………….. 66
4-3-7-2-توزیع های سرعت مماسی ،و محوری …………………. 72
4-3-7-3-کانتور چگالی…………………………. 73
4-3-7-4-کانتورهای عدد ماخ………………………… 74
4-3-7-5-نمایش خطوط جریان………………………… 76
4-3-8-خطای شبیه سازی…………………………. 79
4-3-9-نمودار باقیمانده……………………….. 80
<span style="color: #000000
“>4-3-10-عملکرد شبکه با ساختار نامنظم………………….. 82
فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادها
5-1-نتیجه گیری…………………………. 85
5-2-پیشنهادها……………………….. 86
پیوست………………………….. 88
گسسته سازی معادلات CFD حاکم…………………….. 88
رویکرد حل در نرم افزار Ansys CFX 14.5…………………
فرایند انطباق شبکه[52]……………………….. 92
روش شناسی CFD………………………….
ایجاد هندسه و شبکه……………………….. 94
تعریف فیزیک مدل………………………… 94
حل مسئله………………………… 94
باقیمانده ها……………………….. 95
نمایش نتایج در پس پردازنده……………………….. 95
مراجع…………………………. 96
چکیده:
لوله ورتکس یک وسیله ساده مکانیکی است که فاقد قسمت های متحرک بوده و یکی از تجهیزات مورد استفاده درسیستم تبریدمی باشد، که در آن یک سیال پرفشار از طریق نازل های ورودی وارد لوله ورتکس شده و به دو جریان با دمای کمتر، و بیشتر از دمای ورودی منشعب می شود بدین صورت می توان دماهای تا 40- درجه سانتی گراد را ایجاد کرد. لوله ورتکس به عنوان خنک­ساز موضعی و گرماساز موضعی، دارای کاربرد وسیعی در صنعت می­باشد که از آن جمله می­توان به مواردی چون: خنک کردن قالب های تزریق پلاستیک، عملیات رطوبت­زدایی گاز، عملیات آب­بندی حرارتی، خنک کردن کابین کنترل محفظه­ های الکتریکی خنک­سازی لنزهای دوربین عکاسی، تنظیمات چسب­ها و لحیم­ها و خشک کردن جوهر روی برچسب­ها و بطری­ها اشاره کرد. اگرچه با وجود اینکه تاکنون مطالعات تجربی زیادی بر روی عملکرد لوله ورتکس صورت گرفته است اما همچنان فهم فیزیکی جریان و مکانیزم پدیده جدایش دمای گاز یا بخار عبوری از آن به دلیل پیچیدگی جریان و ناسازگاری نتایج تجربی به طور کامل استنباط نشده است. در این پایان نامه با هدف ثبت دماهای سرد و گرم ناشی از پدیده جدایش دما بر حسب کسر سرد ابتدا به بررسی تجربی عملکرد یک نمونه از تجهیزات آزمایشگاهی لوله ورتکس با مدل 433R ساخت شرکت P.A.Hilton واقع در بریتانیا پرداخته شده است. نتایج بررسی تجربی شامل نمودارهای دمای استاتیک خروجی سرد و گرم برحسب کسر سرد و همچنین نمودار فشار خروجی سرد برحسب کسر سرد می­باشد. با استفاده از دمای استاتیک خروجی سرد و گرم نمودارهای ضرسب عملکرد گرماساز و سرماساز لوله ورتکس و همچنین راندمان آیزنتروپیک نیز با توجه به روابط موجود ارائه شده است. عدم قطعیت نتایج بررسی تجربی نیز با استفاده از رابطه تجربی هولمن محاسبه شده و به صورت میله خطا بر روی نمودارها رسم شده است. در ادامه با استفاده از روش های دینامیک سیالات محاسباتی موجود در نرم افزار ANSYS CFX14.5، شبیه سازی عددی جریان حالت دائم،تراکم پذیر و سه بعدی با ایجاد شبکه محاسباتی دارای ساختار منظم و شش­وجهی، برروی هندسه لوله ورتکس فوق الذکر و با استفاده از مدل های مغشوشی چون استاندارد و انجام شده است. ضمن اینکه شرط مرزی ورودی و خروجی سرد اعمال شده، منطبق بر شرایط آزمایشگاهی می باشد در حالی­که در خروجی گرم از شرط مرزی مصنوعی استفاده شده است. مطالعه استقلال از شبکه نیز با تمرکز بر روی اختلاف دمای استاتیک خروجی گرم و سرد لوله ورتکس به انجام رسیده است. شرح و چگونگی انجام پدیده جدایش دما و الگوی جریان به عنوان هدف شبیه سازی انجام شده در این پایان نامه مطرح نمی باشد. در پایان نمودارهای دمای استاتیک خروجی سرد و گرم، ضریب عملکرد و راندمان آیزنتروپیک ناشی از نتایج شبیه سازی عددی با نتایج بررسی تجربی مقایسه شده است. ضمن اینکه نتایج شبیه­سازی عددی به صورت کانتورهای دمای استاتیک، دمای سکون، چگالی عدد ماخ توزیع­های سرعت و همچنین نمایش خطوط جریان با تمرکز بر روی موقعیت نقطه سکون و ناحیه شکل­گیری جریان ثانویه نیز ارائه شده است.
فصل اول: مقدمه
1-1- مقدمه ای بر لوله ورتکس
لوله ورتکس[1] که بعضاً با نام هایی چون لوله ورتکس رنک–هیلش یا لوله رنک-هیلش شناخته می شود اختراع مبتکرانه ایست که ایده آن توسط دو دانشمند فرانسوی و آلمانی به نام های جورجس جوزف رنک[2] و ردلف هیلش[3] به طور مستقل در خلال سال های جنگ جهانی دوم در اروپا مطرح شد[1].
لوله ورتکس یک وسیله ساده مکانیکی است که فاقد قسمت های متحرک بوده و یکی از تجهیزات مورد استفاده در سیستم تبرید می باشد، که در آن یک سیال پرفشار از طریق نازل های ورودی وارد لوله ورتکس شده و به دو جریان با دمای کمتر، و بیشتر از دمای ورودی منشعب می شود، (بدون هیچ گونه واکنش شیمیایی یا دخالت منبع خارجی انرژی ) بدین صورت می توان دماهای تا 40- درجه سانتی گراد را ایجاد کرد. لوله ورتکس شامل بخش هایی از قبیل یک یا چند نازل ورودی یک محفظه ورتکس[4] یک اوریفیس در انتهای سرد[5] شیر کنترل در انتهای گرم[6] و یک لوله می باشد (شکل1-1). وقتی سیال پرفشار بصورت مماس توسط نازل های ورودی به محفظه ورتکس تزریق می شود، یک جریان چرخشی در محف
ظه ورتکس ایجاد می شود. وقتی چرخش جریان سیال به سمت مرکز محفظه ورتکس ادامه پیدا می کند، سیال منبسط و سرد می شود. در محفظه ورتکس بخشی از سیال به سمت خروجی گرم می چرخد و بخش دیگر سیال مستقیماً در خروجی سرد موجود است. بخشی از گاز موجود در لوله ورتکس به خاطر مؤلفه محوری سرعت بر می گردد و از انتهای گرم به انتهای سرد حرکت می کند. در خروجی گرم سیال با دمای بیشتری خارج می شود درحالی که در خروجی سرد، سیال دمای کمتری در مقایسه با دمای ورودی دارد[2]. لوله ورتکس در مقایسه با دیگر وسایل موجود در سیکل تبرید مزایایی دارد از قبیل: سادگی، فقدان اجزای متحرک، عدم حضور جریان الکتریسیته، عدم انجام هیچ گونه واکنش شیمیایی، نگهداری آسان، تأمین فوری هوای سرد، پایداری عملکرد (به خاطر استفاده از فولاد ضد زنگ و محیط کار تمیز) و تنظیم دما. همچنین وابستگی به گاز فشرده و بازده گرمایی پایین ممکن است برخی از کاربردهای آن را محدود کند.
2-1- برخی از کاربردهای لوله ورتکس
اگرچه با وجود اینکه تا کنون اثبات قاطعانه ای در مورد حالت انتقال حرارت در داخل لوله ورتکس صورت نگرفته و علیرغم درک ناقص این پدیده،اخیراً لوله ورتکس، با کاربرد خنک سازهای موضعی در مقیاس های کوچک و بصورت تجاری توسعه زیادی یافته اند. امروزه تعداد قابل توجهی از شرکت های تولیدکننده وجود دارند که از تئوری لوله ورتکس بصورت کاربردی و موثر به عنوان یک راه حل در کاربردهای صنعتی بهره می گیرند. از جمله این شرکت ها می توان به Exair و ITW Vortec اشاره کرد که هر دو در ایالات متحده مشغول به فعالیت می باشند. این شرکت ها محصولات خود را بر اساس محدوده مختلفی از کاربردها و بر اساس کیفیت های زیر از فن آوری لوله ورتکس عرضه می کنند:
– سرمایش پاک
– نگهداری آسان –فقدان اجزای متحرک
– دمای پایدار خروجی
– سرمایش، بدون نیاز به الکتریسیته و مبرد
– قابل اطمینان، فشرده و سبک وزن
– قیمت ارزان
با وجود اینکه موارد زیادی برای کاربردهای لوله ورتکس، به عنوان خنک ساز و گرماساز موضعی وجود دارند (که در ادامه تشریح خواهد شد) اما همچنان نیز می توان ایده های مبتکرانه ای در مورد کاربردهای لوله ورتکس ارائه داد. در شکل (1-2) یک نمونه از مدل تجاری لوله ورتکس ساخت شرکت Exair نشان داده شده است.
1-2-1- کاربردهای خنک ساز موضعی
لوله های ورتکس دارای محدوده وسیعی از کاربردهای خنک ساز موضعی در خطوط تولید ماشین آلات و فرآیندها می باشند. یک نمونه از آن تفنگ هوای سرد با اساس مغناطیسی می باشد که به عنوان جایگزین ماده خنک کننده در فرایندهای ماشین کاری مورد استفاده قرار می گیرد و در شکل (1-3) نشان داده شده است.
برخی دیگر از کاربردهای خنک ساز موضعی شامل موارد زیر می شود:
– خنک کردن قالب های تزریق پلاستیک
– عملیات رطوبت زدایی گاز
– عملیات آب بندی حرارتی
– خنک کردن کابین کنترل محفظه های الکتریکی، که در شکل های (1-4) و (1-5) توضیح داده شده است.
– خنک سازی لنزهای دوربین های عکاسی که در شکل (1-6) نشان داده شده است.
2-2-1- کاربردهای گرما ساز موضعی
با استفاده از هوای گرم خروجی، برخی از کاربردهای گرمایش موضعی شامل موارد زیر می شود:
– تنظیمات چسب ها و لحیم ها
– خشک کردن جوهر روی برچسب ها و بطری ها
3-2-1- تجهیزات آزمایشگاهی لوله ورتکس
تجهیزات آزمایشگاهی برای استفاده در آزمایشگاه ترمودینامیک و مکانیک سیالات به صورت آزمایشگاهی موجود است که توسط شرکت P.A.Hilton Ltd واقع در بریتانیا تولید می شود، که یک نمونه از آن در شکل (1-7) مشاهده می شود.
4-2-1- تهویه مطبوع شخصی
لوله های ورتکس می توانند به صورت جلیقه هوا، همان طور که توسط شرکت ITW Vortec به فروش می رسند، به منظور توزیع هوای سرد یا گرم در قسمت بالاتنه بدن، مورد استفاده گیرند، که در شکل (1-8) نشان داده شده است.

1-3-1- انواع موج…………………………….. 9
1-3-2- کمیتهای امواج مکانیکی…………………………….. 9
1-4- پیشینه و هدف تحقیق…………………………….. 10
فصل دوم: معادلات حاکمه حرکت نانو تیر پیچیده شده……………… 17
2-1- مقدمه……………………………. 18
2-2- میدان جابه­ جایی…………………………….. 18
2-3- روش حداقل انرژی…………………………….. 23
2-4- تئوری گرادیان کرنشی…………………………….. 24
2-5- معادله حاکمه نانو تیر پیچیده شده……………………………. 25
2-6- تئوری غیر موضعی ارینگن…………………………….. 32
2-7- انرژی جنبشی…………………………….. 35
2-8- کار خارجی…………………………….. 36
2-9- معادلات حرکت……………………………… 38
3 فصل سوم: نتایج عددی و بحث ……………………….43

3-1- بررسی انتشار موج نانو تیر پیچیده شده……………………………. 44
3-2- ارتعاشات نانو تیر پیچیده شده……………………………. 46
3-3- کمانش………………………………. 48
3-4- نتایج عددی وبحث……………………………… 52
3-4-1- تحلیل انتشار موج نانو تیر پیچیده شده………………………. 53
3-4-1-1- سرعت فاز……………………………. 53
3-4-1-2- سرعت گروه……………………………. 57
3-4-1-3- فرکانس قطع…………………………….. 61
3-4-1-4- فرکانس فرار……………………………. 63
3-4-2- تحلیل کمانش نانو تیر پیچیده شده……………………………. 68
3-4-3- تحلیل ارتعاشات نانو تیر پیچیده شده…………………………… 71
فصل چهارم: نتیجه ­گیری ……………………………..75
4-1- بحث و نتیجه گیری…………………………….. 76
4-2- پیشنهاد برای ادامه کار……………………………. 77
منابع و ماخذ……………………………. 78
چکیده:
در این تحقیق، به تحلیل ارتعاشات، کمانش و انتشار موج نانو تیر پیچیده شده تحت بار محوری بر بستر پاسترناک پرداخته می­شود. ابتدا میدان جابه­جایی و تغییر مکان تیر پیچیده شده به دست می­آید. سپس با استفاده از میدان جابه­جایی بدست آمده، روابط کرنش-جابه­جایی به دست می­آید. از تئوری­های گرادیان کرنشی و غیر محلی ارینگن برای اعمال اثرات اندازه ناشی از مقیاس نانو استفاده می­شود. در نهایت معادلات حرکت نانو تیر پیچیده شده با استفاده از روش انرژی و اصل هامیلتون به دست می­آید. با استفاده از روش تحلیلی، فرکانس­های طبیعی، بار کمانش بحرانی و سرعت انتشار موج نانو تیر پیچیده شده محاسبه می­شود.در انتها فرکانس طبیعی، سرعت فاز، فرکانس قطع، عدد موج و بار کمانش بحرانی تیر پیچیده شده تحت تاثیر سه پارامتر مقیاس کوچک طول، پارامتر غیر محلی ارینگن، نرخ زاویه پیچش، ضخامت، طول نانو تیر پیچیده شده و بستر الاستیک به دست می­آید. نتایج این تحقیق نشان می­دهد که سرعت فاز در نانو تیر پیچیده شده، با افزایش نرخ زاویه پیچش در نانو تیر پیچیده شده افزایش می­یابد. همچنین عدد موج با ضخامت نانو تیر رابطه معکوس داشته درحالیکه با فرکانس انتشار موج رابطه مستقیم دارد. افزایش نرخ زاویه پیچش باعث افزایش فرکانس طبیعی سیستم می­شود که این افزایش در ضخامت­های بالاتر مشهود­تر است. بار کمانش بحرانی با ضرایب وینکلر و پاسترناک رابطه مستقیم داشته و با افزایش طول نانو تیر پیچیده شده، تاثیر این ضرایب بر روی بار کمانش بحرانی افزایش می­یابد. اثر تغییرات نرخ زاویه پیچش بر سرعت گروه در فرکانس­های کم محسوس بوده، ولی با افزایش فرکانس انتشار، نمودارها همگرا می­شوند. هم چنین با افزایش نرخ زاویه پیچش، فرکانس فرار به صورت ناچیز افزایش می­یابد. مقادیر سرعت فاز و سرعت گروه با استفاده از تئوری گرادیان كرنشی بسیار بیشتر از تئوری تنش كوپل اصلاح شده و كلاسیك می­باشد.
فصل اول: مباحث نظری
1-1- مقدمه ای بر نانوفناوری
فناوری نانو واژه­ای است کلی که به تمام فناوری­های پیشرفته در عرصه کار با مقیاس نانو اطلاق می­شود. نانو، کلمه­ای یونانی است و به معنی کوتوله که در ریاضیات معادل ، یعنی یک میلیاردم است ودر فناوری نانو ابعادی در حدود 1 تا nm 100 را شامل می­شود. علم و فناوری نانو، هنر وتوانایی به دست گرفتن کنترل ماده در ابعاد نانو و علم دستکاری و بازچینی اتم­ها برای ساخت مواد و ابزارها در مقیاس نانو متر است. در این فناوری ساخت ابزار و اشیا در اندازه­های اتمی است و ملکول به ملکول توسط رباتهای برنامه­ریزی شده در مقیاس نانومتریک انجام می­شود. در این فناوری خواص جدیدی از مواد متاثر از غلبه خواص کوانتومی بر خواص کلاسیک به کار برده می­شود. نانو فناوری در واقع رویکرد جدیدی در تمام عرصه­هاست ویک علم فرا رشته­ای
است که تمام علوم را در بر می­گیرد و می­توان گفت نقطه اتصال علوم در آینده می­باشد. در بیان اهمیت این فناوری گفته می­شود که بخشی از آینده نیست بلکه تمام آینده است.
استفاده از فناوری نانو ناخواسته به چند صد سال پیش بر می­گردد. جام لیکورگوس که در موزه بریتانیا در لندن نگهداری می­شود یک نمونه استفاده از این فناوری در گذشته است که به قرن چهارم بعد از میلاد برمی­گردد. نکته جالب در این جام این است که تابش نور از بیرون به جام، آن را سبز رنگ کرده و با تابش نور از درون آن به رنگ قرمز در می­آید. مطالعات میکروسکوپی پرده از راز این جام برداشته ومعلوم شده است که در درون شیشه این جام، ذرات نانو از جنس طلا و نقره قرار دارد و ذرات نانو، خواصی متفاوت از ذرات غیر نانو بروز دهند.
پیشرفت فناوری نانو با اختراع میکروسکوپهای الکترونی وارد فاز جدیدی شد. در سال 1931 دانشمند آلمانی ماکس­نات و ارنست روسک اولین نوع از این میکروسکوپ­ها را اختراع کردند. واروین مولر پروفسور فیزیک دانشگاه ایالت پن با اختراع میکروسکوپ الکترونی با زمینه یونی، اولین فرد در تاریخ بود که اتم­ها را به صورت منحصر به فرد و ترتیب آن­ها در یک سطح مشاهده نمود.
با وجود تلاش­های انجام شده، فاینمن فیزیکدان و دارندهجایزه نوبلفیزیک را به عنوان پایه­گذار فناوری نانو می­شناسند. وی در سال 1959 مقاله­ای درباره قابلیت­های این فناوری در آینده منتشر ساخت. وی در در مراسم میهمانی بعد از دریافت جایزه نوبل، در سخنرانی خود ایده فناوری نانو را برای عموم آشکار ساخت و معتقد بود که در اندازه­های بسیار کوچک، فضایی بسیار بزرگ وجود دارد. وی معتقد بود که در آینده نزدیک موتورهایی به بزرگی سر سوزن ساخته خواهد شد.
بعد از این سال فعالیت در عرصه نانو رشد چشمگیری را شروع کرد. در سال 1980 در مرکز تحقیقاتی IBM در سوییس تکنیکی ابداع شد که تصویر اتم را بزرگ می­کرد. در 1990 برای اولین بار دانشمندان اتم­ها را حرکت دادند و با اتم­ها اولین جمله را نوشتند. با فناوری نانو انسان اکنون می­تواند جهان ماده را آن­طور که خودش می­خواهد بسازد. تنها کافی است مواد پایه­ای جهان ماده را یک بار دیگر اتم به اتم و ملکول به ملکول کنار هم بچیند.به قول هرست استومر برنده جایزه نوبل: “ظهور نانو تکنولوژی می­تواند به بشر تسلط لازم برای کنترل بی­سابقه و کم­نظیر بر جهان ماده را بدهد.”
1-1-1- کاربرد فناوری نانو
برای فناوری نانو در بسیاری از زمینه­ها از جمله صنعت، پزشکی، کشاورزی، دوام­پذیری منابع، هوافضا، امنیت ملی، صنعت الکترونیک و غیره، کاربرد دارد.
فناوری نانو با دارا بودن ویژگی­های منحصربه­فرد خود، قابلیت­های فراوانی در عرصه­های مختلف ایجاد کرده­ که نمونه­هایی در زیر ذکر می­شود.

1-3-2- روش های بهبود استحكام خستگی……………………………………………….9
1-4- روش های تنش زدایی و طبقه بندی آنها……………………………………………10
1-4-1- تنش زدایی طبیعی…………………………………………………………………….12
1-4-2- تنش زدایی حرارتی……………………………………………………………………12
1-4-3- تنش زدایی ارتعاشی…………………………………………………………………..16
1-4-4- روش اضافه باری………………………………………………………………….17
1-4-5- روش ساچمه كاری…………………………………………………………………..17
1-4-6- تنش زدایی جوش با ضربات آلتراسونیك (UIT)……………………………….18
1-5- روش های اندازه گیری تنش های پسماند…………………………………….19
1-5-1- روش سوراخ مركزی………………………………………………………………24
1-5-2- روش پراش پرتو X…………………………………………………………………….
1-5-3- روش انحنا ولایه برداری…………………………………………………………31
1-5-4- روش تفرق الكترون…………………………………………………………….31
1-5-5- روش تفرق نوترون………………………………………………………………..32
1-5-6- روش رهاسازی ترك………………………………………………………….32
1-5-7- روش مغناطیسی…………………………………………………………………33
1-5-8- روش ماورا صوتی…………………………………………………………………..33
فصل دوم: بر تحقیقات انجام شده
2-1- مقدمه……………………………………………………………………………36
2-2- مطالعات انجام شده در زمینه تنش زدایی و تنش های پسماند………… 36
فصل سوم: روش تحقیق
3-1-مقدمه …………………………………………………………………………………….42
3-2- آماده سازی نمونه ها جهت جوشكاری…………………………………………. 42
3-3- فرآیند جوشكاری نمونه ها به روش TIG…………………………………………..
3-4- آماده سازی نمونه ها جهت تنش زدایی………………………………………..45
3-5- عملیات تنش زدایی حرارتی بر روی نمونه A…………………………………
3-6- عملیات تنش زدایی با ضربات آلتراسونیك……………………………….. 48
3-6-1- مكانیزم رفتار دستگاه UIT بر روی جوش……………………………….. 49
3-6-2- معرفی دستگاه UP-500……………………………………………………..
3-6-3- مشخصات دستگاه UP-500………………………………………………..
3-6-4- عملیات تنش زدایی با ضربات آلتراسونیك برروی نمونه B…………..
3-7- نمونه بدون تنش زدایی (نمونه C)………………………………………… 56
3-8- اندازه گیری تنش پسماند به روش سوراخ مركزی……………………. 56
3-8-1- مشخصات STRAIN GAUGE مورد استفاده………………………….. 57
3-8-2- مراحل نصب STRAIN GAUGE برروی نمونه و ارتباط آن با دستگاه….. 58
3-8-3- ثبت داده ها توسط دستگاه HOLE DRILLING…………………………….
3-9- اندازه گیری تنش پسماند به روش استاندارد پراشاشعه ایکس…………… 63
3-9-1- آماده سازی نمونه ها جهت نصب در دستگاه XRD………………………….
3-9-2- معرفی دستگاه اندازه گیری تنش پسماند به روش استاندارد پراش اشعه ایکس…….64
3-9-3- ثبت داده ها توسط دستگاه XRD……………………………………………..
فصل چهارم : نتایج
4-1- مقدمه…………………………………………………………………………………… 69
4-2- نتایج به دست آمده از روش HOLE DRILLING……………………………….
4-3- بررسی و تحلیل نتایج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی……………… 71
4-4- نتایج به دست آمده از روش استاندارد پراش اشعه ایکس………………. 72
4-5- بررسی و تحلیل نتایج به دست آمده از روش استاندارد پراش اشعه ایکس….. 74
4-6- اعتبار بخشی نتایج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی با استفاده از روش استاندارد پرا.ش اشعه ایکس…….75

فصل پنجم: جمع بندی و پیشنهادات
5-1- مقدمه…………………………………………………………………………………. 77
5-2- جمع بندی مطالب…………………………………………………… 77
5-3- پیشنهادات…………………………………………………………………….. 79
چکیده:
یکی از مباحث مهم در زمینه جوشکاری در سازه ه
ای مهندسی بحث کاهش تنشهای پسماند در خطوط جوش و بهبود کیفی جوش است. تنشهای پسماند باعث کاهش حد تحمل بار، عمر اتصالات جوشی و تغییر فرم هایی در سازه های جوشکاری شده می گردند. هدف از این تحقیق بررسی تنشهای پسماند، در نمونه های تنش زدایی شده به دو روش حرارتی و آلتراسونیک می­باشد. دراین تحقیق ابتدا دو ورق از جنس کربن استیل پس از آماده سازی و جوشکاری به سه قسمت مساوی تقسیم شده است. نمونه A به روش حرارتی و نمونه B با استفاده از ضربات آلتراسونیک تنش زدایی گردید. در مرحله بعد و پس از تنش زدایی دو نمونه A و B از روش سوراخ مرکزی جهت تعیین تنش پسماند هر یک از نمونه ها استفاده شد. نمونه C نیز نمونه دیگری است که برروی آن هیچ گونه عملیات تنش زدایی صورت نگرفته و مقدار تنش پسماند آن نیز با روش مذکور تعیین می گردد. پس از آن و در جهت اعتبار بخشی نتایج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی، نمونه ها به روش پراش پرتو ایکس مورد آزمایش قرار گرفتند. نتایج نشان داد که تنش زدایی با استفاده از ضربات آلتراسونیک نسبت به تنش زدایی به روش حرارتی نتایج مطلوب تر و تنش های باقیمانده در نمونه B نیز کمتر می باشد.
فصل اول: کلیات تحقیق
1-1- مقدمه
اغلب سازه ها در صنعت، از قطعـــات مختلفی كه توسط فرآیند هایی مثل ریخته گـری، آهنگــــری، نورد، ماشینكاری، جوشكاری و…. تولید شده اند، تشكیل شده اند كه با كمك فرآیند های گوناگونی به یكدیگر متصل می شوند. روش های مختلف اتصال را میتوان بر اساس فرآیند های عملی و علمی به گروه های زیر طبقه بندی كرد:
– اتصال های مكـانیكــــی (پیچ، پرچ، میخ، پین و…)
– اتصال های متالوژیكی (جوشكاری، لحیم كاری و…)
– اتصـال های شیمیایــــی (چسب های آلی و معدنی)
هر یك از این اتصالات با توجه به وظایفی كه بر عهده دارند در یكی از دسته های زیر قرار می گیرند:
– اتصالات موقت مانندپیچ و مهره، پین و…
– اتصالات نیمه موقت مانند پرچ، لحیم كاری نرم و بعضی از چسب ها
– اتصالات دائمی مانند فرآیند های جوشكاری، لحیم كاری سخت و اغلب چسب ها با واكنش های شیمیایی
فرآیند های جوشكاری به عنوان فرآیند هایی جهت ایجاد پیوستگی مولكولی بین دو یا چند قطعه فلزی كه حداقل یكی از آنها در اثر حرارت، ذوب موضعی شده یا به حالت خمیری در آمده باشد، برای هر دو منظورساخت قطعات اولیه و نیز اتصال آنها دارای كاربرد وسیعی در جوامع صنعتی است. صرفه اقتصادی این اتصالات در مقایسه با دیگر اتصالات به لحاظ طول عمر بیشتر و نیز اطمینان خاطری كه به دلیل استفاده از مواد مشابه با ماده اصلی ایجاد می كند، برخی از دلایل ارجحیت این فرآیند است]1 [.
از جمله فرایندهایی كه پس از انجام جوشکاری و به عبارتی در قطعات جوشکاری شده مد نظر قرار می گیرد تنش های پسماند می باشد كه به علت گرم و سرد شدنهای متوالی جوش و مناطق نزدیك آن و عدم امكان جابجایی در بعضی جهات،تنشهای پسماند داخلی در جوش و مناطق مجاور آن بوجود می آید.
تنش پسماند تنشی است كه بر اثر انجام عملیات خاص نظیر جوشکاری در جسم باقی می ماند و در حالی كه جسم تحت هیچ بارگذاری خارجی نیست نیز وجود دارد]19[
تنش زدایی یا تنش گیری که در اصطلاح به آن PWHT یا عملیات پسگرم نیز می گویند فرآیندی است، جهت از بین بردن تنش های موجود که در عملیات و فرآیند تولید به وجود آمده است. روشهای مختلفی برای از بین بردن تنش های پسماند در نمونه های جوشکاری شده وجود دارد که از جمله آنها می توان به روش حرارتی و روش آلتراسونیک اشاره نمود.]16[
تکنیکهای متفاوتـی برای اندازه گیـری تنش پسماند وجود دارد که برای اندازه گیـری در هر روش به وسایل خاصی نیاز می باشد.
2-1- فصل بندی مطالب
با توجه به مطالب اشاره شده و موضوع پایان نامه تحت عنوان بررسی تنش های پسماند، در نمونه های جوشكاری شده به روش حرارتی و آلتراسونیک مطالب به چند فصل تقسیم بندی خواهند شد که در ادامه به توضیح هر یک از آنها خواهیم پرداخت.
در این فصل ابتدا به معرفی انواع روش های تنش زدایی اشاره خواهیم کرد. پس از آن انواع روش های اندازه گیری تنش های پسماند را توضیح خواهیم داد.
فصل دوم مربوط به پیشینه پژوهشی و بر تحقیقات انجام شده خواهد بود، بداین ترتیب که ابتدا به مطالعات انجام شده در زمینه تنش زدایی جوش اشاره خواهد نمود. مطالعات صورت گرفته در این بخش شامل دو قسمت عمده یعنی تنش زدایی جوش با ضربات آلتراسونیک و تنش زدایی حرارتی می باشد که در فصل مربوطه به تشریح آن خواهیم پرداخت. در ادامه فصل دوم نیز به مطالعات صورت گرفته در زمینه اندازه گیری تنش های پسماند به روش سوراخ مرکزی وروش استاندارد پراش اشعه ایکس اشاره خواهد شد.
فصل سوم مربوط به روش تحقیق شامل روش مورد استفاده جهت جوشکاری نمونه های مورد نظر و پارمترهای در نظر گرفته شده در حین فرآیند جوشکاری، معرفی دستگاه تنش زدایی در دو روش حرارتی و آلتراسونیک، نحوه آماده سازی نمونه ها جهت انجام تنش زدایی به روش حرارتی
و آلتراسونیک، شرایط نمونـه و آماده سازی آن جهت اندازه گیـری تنش پسماند به روش سوراخ مرکزی و روش استاندارد پراش اشعه ایکس می باشد.
فصل چهارم به بررسی نتایج به دست آمده از روش سوراخ مرکزی، روش استاندارد پراش اشعه ایکس و همچنین مقدار تنش های پسماند موجود در هریک از نمونه ها خواهیم پرداخت.
فصل پنجم نیز به جمع بندی مطالب و پیشنهادات ارائه شده در زمینه تنش زدایی جوش و تنش های پسماند خواهد پرداخت.
3-1- نحوه تشکیل تنش های پسماند

………… 5
1-5- بر کارهای انجام شده در زمینه کنترل هوشمند بازوی انعطاف پذیر …………. 6
1-5-1- کنترل کننده عصبی بر اساس بازسازی خروجی ……………………………………………. 7
1-5-2- کنترل کننده عصبی بر اساس مدل دینامیک معکوس …………………………………. 10
1-5-3- کنترل فازی توزیع یافته ……………………………………………………………………… 12
1-5-4- سایر روش ها …………………………………………………………………………………….. 16
فصل دوم: سیستم بازوی انعطاف پذیر Quanser ………………………………………………..
2-1- پایه سیستم ………………………………………………………………………………………….. 18
2-2- موتور DC ……………………………………………………………………………………………..
2-3- انكودر ……………………………………………………………………………………………….. 19
2-4- بازوی انعطاف پذیر ………………………………………………………………………………. 20
2-5- تنش سنج …………………………………………………………………………………………….. 21
2-6- منبع تغذیه ……………………………………………………………………………………. 21
2-7- برد PCI MultiQ مدل 626 ……………………………………………………………………. 21
2-8- نرم افزار WinCon …………………………………………………………………………….
2-9- نرم افزار سیمولینك ……………………………………………………………………………. 24
فصل سوم: مدلسازی ……………………………………………………………………………… 26
3-1- مدلسازی ………………………………………………………………………………………… 27
3-1-1- مدل بازوی انعطاف پذیر ………………………………………………………… 28
3-1-2- مدل محرک …………………………………………………………………………….. 30
3-1-3- معادلات دینامیک سیستم …………………………………………………………….. 32
فصل چهارم: کنترل عصبی- فازی ………………………………………………….. 34
4-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………… 35
4-2- فازی …………………………………………………………………………………………. 36
4-2-1- مجموعه های فازی ………………………………………………………………………… 36
4-2-2-منطق فازی…………………………………………………………………………………. 37
4-2-3- سیستم فازی ……………………………………………………………………………… 38
4-3- کنترل کننده فازی بازوی انعطاف پذیر ……………………………………………………. 39
4-4- شبكه های عصبی- فازی ……………………………………………………………………. 42
4-4-1- شبكه عصبی- فازی ممدانی ……………………………………………………………. 44
4-4-2- شبكه عصبی- فازی سوگنو ………………………………………………………………. 48
4-5- کنترل کننده عصبی- فازی بازوی انعطاف پذیر ………………………………………. 49
فصل پنجم: الگوریتم آموزش عاطفی …………………………………………………. 51
5-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………… 52
5-2- آموزش عاطفی برای به روز رسانی متغیر های کنترل کننده عصبی- فازی………. 54
5-3- تابع حساسیت بازوی انعطاف پذیر …………………………………………………. 56
5-3-1- تابع حساسیت بازوی انعطاف پذیر بر اساس مدل فضای حالت ……………. 57
5-3-2- تابع حساسیت بازوی انعطاف پذیر بر اساس شناساگر شبکه عصبی…………. 58
5-3-2-1- شناسایی بر پایه شبکه عصبی …………………………………………………… 58
5-3-2-1-1- شبکه عصبی تابع پایه شعاعی وزن دار ……………………………………. 60
5-3-2-1-2- آموزش شبکه تابع پایه شعاعی وزن دار با روش پس انتشار خطا …. 62
فصل ششم: شبیه سازی و پیاده سازی کنترل بازوی انعطاف پذیر …………….. 65
6-1- کنترل کننده فازی با استنتاج مینیمم ……………………………………………… 66
6-1-1 شبیه سازی کنترل فازی با استنتاج مینیمم …………………………………… 67
6-1-2- پیاده سازی کنترل فازی با استنتاج مینیمم ………………………………… 68
6-2- کنترل کننده فازی با استنتاج ضرب ……………………………………………….. 69
6-2-1- شبیه س
ازی کنترل فازی با استنتاج ضرب …………………………………….. 71

6-2-2- پیاده سازی کنترل فازی با استنتاج ضرب ……………………………………. 72
6-3- کنترل کننده عصبی- فازی ……………………………………………………………… 74
6-3-1- شبیه سازی کنترل عصبی- فازی ……………………………………………… 75
6-3-2- پیاده سازی کنترل عصبی- فازی …………………………………………………. 79
فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات …………………………………………………. 84
7-1- نتیجه گیری ……………………………………………………………………………… 85
7-2- پیشنهادات …………………………………………………………………………………. 86
پیوست ……………………………………………………………………………………………… 88
چکیده:
در این نوشتار، به بررسی به کارگیری کنترل عصبی- فازی با الگوریتم آموزش عاطفی برای کنترل بازوی انعطاف پذیر Quanser پرداخته شده است. توصیف دقیق دینامیک سیستم بازوی انعطاف پذیر به دلیل ویژگی های مدل بازوی انعطاف پذیر از جمله مدل غیرخطی، متغیر با زمان و با مرتبه بالا(از نظر تئوری بی نهایت)، کار بسیار پیچیده ای است. به همین دلیل کنترل کننده هایی که طراحی آنها به صورت آزاد از مدل صورت می گیرد، می توانند گزینه مناسبی برای کنترل بازوی انعطاف پذیر باشند تا با استفاده از بهترین دانش موجود بتوان با نا معینی های موجود در مدل ساده شده روبرو شد. از جمله روش های کنترلی آزاد از مدل روش های کنترل عصبی و فازی می باشند. از این میان روش کنترل عصبی- فازی به دلیل بهره گیری از ویژگی های قانونمند و مقاوم بودن کنترل فازی و ویژگی های نگاشت غیر خطی، توانایی برخورد با عدم قطعیت ها و طبیعت تطبیقی کنترل عصبی، انتخاب شده است. از طرف دیگر، در کنترل کننده های فازی و عصبی- فازی نسبت به کنترل کننده های عصبی میزان حساسیت به شرایط اولیه نیز کاهش می یابد که این امر در پیاده سازی کنترل کننده روی مدل واقعی بیشتر خود را نشان می دهد. تحت عملگر بودن بازوی انعطاف پذیر نیز یکی از دلایلی است که انتخاب روش های کنترلی بهینه ساز را برای این سیستم مناسب می سازد. از آنجا که الگوریتم های آموزش روش های هوشمند تطبیقی هم همواره در جهت بهینه کردن یک تابع هدف پیش می روند، روش های هوشمند انتخاب مناسبی محسوب می شوند. در این تحقیق، الگوریتم آموزش عاطفی را انتخاب کردیم زیرا وقتی به دلیل وجود عدم قطعیت ها و حجم محاسبات، یک تصمیم گیری کاملا منطقی و مستدل غیر ممکن می شود، آنگاه می توان از عواطف به عنوان یک روش تقریبی برای انتخاب تصمیم مناسب استفاده کرد. در آموزش عاطفی، یک نسخه شناختی از آموزش تقویتی نشان داده می شود که در آن یک سیگنال نقاد به طور مداوم نتایج سیستمی را که با فرمان کنترلی انتخاب شده کار می کند، بر حسب معیار های عملکرد ارزیابی می کند و وظیفه آموزش کنترل کننده را بر عهده دارد. با استفاده از الگوریتم آموزش عاطفی جهت تطبیق پارامتر های کنترل کننده عصبی- فازی، پارامتر های قابل تنظیم آن شامل مراکز دسته بخش تالی و مراکز دسته و انحراف معیار توابع گوسین در بخش مقدم از طریق این الگوریتم آموزش داده شده و به صورت بهنگام به روز رسانی می شوند.
فصل اول: بر بازوی انعطاف پذیر و کنترل هوشمند آن
1-1- مقدمه
در سال های اخیر، حوزه روباتیك سیر تكاملی را آغاز كرده است كه مبتنی بر نیازهای كاربران می باشد. تقاضای صنعت برای زمانهای پاسخ سریعتر و مصرف انرژی كمتر، طراحان روبات را بر آن داشته تا اصلاحات بنیادی را در طراحی بازوهای روبات صورت دهند. با كاربرد مواد سبك وزن تر و بازسازی پیكربندی فیزیكی روبات، بازوها به مرور بلندتر و نازكتر شدند و اهداف آنها مبنی بر سرعت بالا، شتاب گیری سریع و مصرف انرژی كمتر تحقق یافت. این بازوهای انعطاف پذیر حوزه تحقیقاتی کاملا جدیدی را در زمینه طراحی و كنترل بازوی ربات با درجه دقت قابل قبول گشوده اند ]1[.
برای بازوی روباتیك صلب، كنترل مسیر نوك دست، معادل كنترل محرك حالت صلب (انعطاف ناپذیر) است. اما برای كنترل مطلوب بازوی انعطاف پذیر، كنترل مطمئن تری از حالات انعطاف ناپذیر لازم است تا ارتعاشات اجتناب ناپذیر و بدون محدودیت در آن مد نظر قرار گیرند. در نتیجه، ردگیری دقیق روبات با بازوی انعطاف پذیر مسئله ای بحث برانگیز شناخته می شود. این را هم باید در نظر گرفت که همواره صلبیت بازوها، یک فرض ایده آل است و با افزایش نسبت بار به وزن بازو، سرعت حرکت و پهنای باند کنترل ممکن است از این صلبیت کاسته شود ]15[.
این درست است که این بازوها به علت سبک بودن و کاهش اینرسی دارای عملکرد سریع تری نسبت به بازوهای صلب هستند و به گشتاور کمتری برای حرکت نیاز دارند و این خود باعث کاهش مصرف انرزی الکتریکی می شود و اقتصادی تر است ]1[. ولی از دیدگاه مدلسازی، طبیعت توزیع یافته دینامیک این بازوها واستعداد طبیعی انعطاف پذیری، امکان اینکه بتوان مدل دقیقی با بعد معین بدست آورد، را غیر ممکن می سازد و علاوه بر این به علت ایجاد نوسانات ناشی از کاهش صلبیت در حرکت، کنترل دقیق مسیر حرکت بسیار مشکل می شود ]3[.
<stro
ng>2-1- ویژگی های مدل سیستم
از دیدگاه مدلسازی، طبیعت توزیع یافته دینامیک این بازوها واستعداد طبیعی انعطاف پذیری ساختمان، امکان اینکه بتوان مدل دقیقی با بعد معین بدست آورد، را غیر ممکن می سازد. در نتیجه مدلی غیرخطی، متغیر با زمان و با مرتبه بالا ( از نظر تئوری بی نهایت ) خواهیم داشت ]3[.
علاوه بر این، به علت ناهم خوانی موقعیت سنسورها و محرکها (ورودی ها و خروجی ها)، چنانچه مستقیما موقعیت انتهای بازو را به عنوان خروجی بگیریم، منجر به کنترل غیر متمرکز و رفتار دینامیک غیر مینیمم فاز خواهد شد. به عبارت دیگر، تابع تبدیل حلقه باز سیستم از محل اعمال گشتاور در مفصل تا موقعیت انتهای بازو، صفر های ناپایدار خواهد داشت.این ویژگی تا وقتی که بهره پایداری حلقه بسته مد نظر باشد، محدودیت های شدیدی را بر طراحی کنترل کننده تحمیل می کند ]3[.
از اینها گذشته، به علت کمتر بودن تعداد محرکها نسبت به درجات آزادی سیستم، سیستم کنترل زیر فعال خواهد بود که خود محدودیت های زیادی را بر آنچه که از طریق کنترل کردن می توان به آن دست یافت، ایجاد می کند. زیرا با تنها یک ورودی باید بتوانیم جابجایی زاویه ای بازو را به نحوی کنترل کنیم که میزان نوسانات انتهای بازو میرا شود ]3[.
3-1- چرا کنترل هوشمند
سیستم های مکانیکی که به صورت نرم افزاری شبیه سازی شده اند، معمولاً ویژگی های اجزای صلب را نشان می دهند، در حالی که، در واقعیت محرکها، بازوها و مفصل ها، به دلیل اینکه صلب مطلق نیستند، نسبت به آنچه که به صورت تئوری بدست می آید، تاحدودی کاهش در عملکرد کنترل را نشان می دهند. استفاده از یک سیستم کنترل خاص ، یکی از راه های حل این مشکل است ]5[.
از طرفی، توصیف دقیق دینامیک یک سیستم غیر صلب، به خاطر ویژگی خاص مدل سیستم، مثل غیر خطی بودن، مرتبه بالا و متغیر با زمان بودن معادلات مدل سیستم ، کار بسیار پیچیده ای است ]5[.
مدل های تخمین زده شده توسط روش های معمول ریاضی مثل معادلات دیفرانسیلی نیوتن–اویلر یا لاگرانژ-اویلر، نیاز به ظرفیت محاسباتی بالا و اطلاعات از پیش تعیین شده در مورد پارامترهای سیستم دارد که استفاده کاربردی از آنها را در سیستم های کنترل محدود می کند. بنابراین وجود نا معینی های دینامیک سیستم، مهمترین فاکتوری است که استفاده از روش های کنترل کلاسیک را برای تحلیل سیستم های کنترل غیر صلب نامناسب می کند ]5[.
در طول سال های زیادی، مهندسان کنترل کلاسیک با مدل های ریاضی کار می کردند و اطلاعات بیشتری از سیستم بدست نمی آوردند. اما امروزه مهندسان کنترل علاوه بر اینکه از تمام مراجع اطلاعات کلاسیک استفاده می کنند، از کنترل کننده های غیر کلاسیک، از جمله کنترل کننده هوشمند نیز که به عنوان یک کنترل کننده آزاد از مدل شناخته می شود، استفاده می کنند. از داده های عددی (ورودی/خروجی) و/ یا اطلاعات فرد خبره به عنوان یک مدل تخمینی استفاده می کنند و کنترل کننده ای براساس قانون اگر-آنگاه فازی و یا بر اساس شبکه عصبی با گره هایی در چند لایه طراحی می کنند ]6[.
تحلیل مقالاتی که به کنترل سیستم های انعطاف پذیر با روش های هوشمند از طریق شبکه عصبی پرداخته اند ، نشان از نتیجه مطلوب کنترل کننده های عصبی با آموزش بهنگام، برای غلبه بر مشکل نامعینی و وابسته به زمان بودن دینامیک سیستم ، دارد. نگاشت غیرخطی، طبیعت تطبیقی و توانایی برخورد با عدم قطعیت ها، در شبکه های عصبی آنها را ابزار توانمندی برای کنترل بازوی انعطاف پذیر ساخته است ]4[.
استفاده کاربردی از تئوری مجموعه های فازی در کنترل سازه های انعطاف پذیر نیز روز به روز علاقمندان بیشتری پیدا می کند. کنترل کنندههای فازی، بستری ساده و مقاوم برای ایجاد قوانین کنترلی غیرخطی می باشند که توانایی اصلاح نامعینی و بی دقتی را هم دارند. چنانچه توصیف زبانی از کنترل موجود باشد یا بتوان ایجاد کرد، کنترل کننده های فازی می توانند بدونمدل ریاضیسیستم طراحی شوند و پیاده سازی براساس توصیف زبانی هم به صورت تئوری و هم به صورت عملی ممکن است. بنابراین منطق فازی می تواند ابزار مناسبی برای کنترل سیستم هایی مانند بازوی انعطاف پذیر باشد که مدل ریاضی دقیقی ندارند ]8[.