طراحي كنترل كننده بهينه فشار در يك تونل باد فراصوت دمشي با استفاده از الگوريتم ژنتيك

OPTIMIZED CONTROLLER DESIGN FOR A BLOWDOWN SUPERSONIC WIND TUNNEL BY USING GENETIC ALGORITHM

به منظور كنترل عدد ماخ در محفظه آزمايش يك تونل‌ باد فراصوت دمشي، كنترل فشار در محفظه آرامش توسط يك يا چند شير كنترل جريان صورت مي پذيرد. در پژوهش حاضر، ابتدا با بررسي روابط دقيق رياضي حاكم بر اجزاي مختلف يك تونل باد فراصوت دمشي خاص و بهره‌گيري از اطلاعات سازندگان معتبر تجهيزات و شيرآلات كنترلي، مدل رياضي غير خطي سيستم در محيط نرم افزار متلب/سيمولينك برپا شده است. در گام بعد با معرفي الگوريتم كنترلي مناسب، يك كنترلر كلاسيك تناسبي- انتگرالي (PI) براي كنترل فشار محفظه آرامش به مدل تونل باد اضافه گرديده است. در مرحله بعد با استفاده از نتايج تجربي مربوط به تونل باد دانشگاه تگزاس، صحه‌گذاري مدل برپا شده صورت گرفته است. در گام نهايي به منظور بهينه‌سازي پارامترهاي كنترلر PI، از يك فرآيند تكاملي مانند الگوريتم ژنتيك استفاده شده است. بهينه‌سازي كنترلر توسط الگوريتم ژنتيك، منجر به كمينه شدن مقادير خطاي حالت ماندگار، حداكثر جهش و زمان نشست پاسخ كنترلي گرديد. نتايج ارائه شده به همراه كنترلر بهينه براي عدد ماخ 3 نشان از دقّت قابل ملاحظه سيستم و كنترلر آن مي‌باشد.

Blowdown Supersonic Wind Tunnels (SWTs) are generally operated with a constant stagnation pressure in the settling chamber, with control usually provided by one or more pressure regulators or control valves. In this paper, first, a Simulink block diagram code was developed to solve the nonlinear mathematical model of the special BSWT consisting of a set of ordinary differential and algebraic equation that derived from mass and energy conservation equations. At the second step, a Proportional-Integral (PI) controller system was developed in Matlab/Simulink software environment to control the stagnation pressure in the settling chamber and Mach number in the test section. Next, the PI controller parameter is optimized by an intelligent approach such as using Genetic Algorithm (GA). At last, experimental verification has been carried out for supersonic conditions to show the system robustness. Also the system simulation results with the optimized controller for a Mach 3 blowdown run is presented. The results illustrate a great performance of the BSWT model and its controller.