برای ساخت موجهای مورد نظر در شکل ۳-۱ باید بتوان شکل موجهایی مانند شکل ۳-۹ را ابتدا تولید کرد. در مدار مولد مارکس تک قطبی معرفی شده در شکل ۳-۵ اگر هر طبقه را جداگانه تحریک کنیم می توانیم شکل موج دلخواه جریان یا ولتاژ مورد نظر خود را تولید کنیم. برای این منظور می بایست زمان روشن و خاموش شدن هر بلوک تعیین گردد. برای مثال در یک مولد مارکس تک قطبی با دوازده طبقه برای تولید شکل ۳-۹ باید واحد ها را به نوبت وارد مدار تخلیه کرده و در زمان t1 همه واحدها را خارج کنیم تا شکل ۳-۹ب بدست آید. برای این منظور جریان هر واحد به صورت تابع تعریف می شود چون واحد ها مشابه است جریان آنها یکسان در نظر گرفته می شود. تنها تفاوت جریان واحد ها در زمان روشن شدن و خاموش شدن آنها است. مقدار اختلاف مقدار جریان پارامتری و مقدار جریان الگو به صورت مجموع مربعات خطا تعریف می شود.
دانلود پایان نامه
-۱ (۳-۶)
در این رابطه
جریان هرواحد با تاخیر tn
جریان الگو
شکل ۳-۹ پالس الگو
با الگوریتم ژنتیک زمان های تاخیر هر واحد را به گونه ای بدست می آوریم که تابع error کمترین مقدار شود.[۲۰]
۳-۴-۱ الگورییتم ژنتیک
الگوریتم ژنتیک، دارای رفتاری است که از مکانیسم تکامل در طبیعت الهام گرفته است. این روش با ایجاد جمعیتی از افراد که در قالب کروموزوم ارائه می شود، پیاده سازی می گردد. سپس افراد موجود در جمعیت در اختیار فرایند تکامل قرار می گیرند. در عمل مدل ژنتیک محاسباتیی می تواند با آرایه ای از بیتها و یا کاراکتر ها در قالب کروموزوم پیاده سازی شود. به این ترتیب عملیات جهش و ترکیب با دستکاری این بیت ها و کروموزومها ممکن خواهد بود. هر چند تحقیقات زیادی روی کروموزومها با طول نتغیر انجام گردیده است اما عمده کاربران الگوریتم ژنتیک از رشته ای از کاراکتر ها با طول ثابت به عنوان کروموزوم استفتده می کنند. به این ترتیب کاربران با دو محدودیت یعنی طول ثابت رشته کاراکتر ها و نحوه ارائه مسئله در قالب این رشته ها مواجهند. این دو محدودیت باعث پیدایش یک روش جدید تحت عنوان برنامه نویسی ژنتیک گردیده است که در آن طول ثابت و تبدیل مسئله به رشته های رمز شده مطرح نمی باشد.
مفهوم الگوریتم ژنتیک برای اولین بار توسط جان هالند مطرح گردید. این الگوریتم یک مدل از الگوریتم های تکاملی است و بر خلاف روش های بهینه سازی کلاسیک جهت شروع فرایند جستجو به جای تنها یک جواب با مجموعه ای تصادفی از جوابها کار خود را شروع می کند و سپس مورد ارزیابی قرار می گیرد. این ارزیابی شامل محاسبه مقدار تابع هدف و انحراف آن از محدودیت ها می باشد.
با بهره گرفتن از مقدار تابع هدف و انحراف از محدودیت ها باید اندازه ای تعریف شود تا شایستگی هر جواب مشخص گردد. در اغلب مسایل میزان شایستگی معادل با مقدار تابع هدف در نظر گرفته می شود. اگر معیار ها برآورده نشوند جمعیت جوابها با بهره گرفتن از سه عملگر انتخاب تقاطع و جهش تعدیل شده و یک جمعیت جدید که انتظار می رود بهتر باشد ایجاد می گردد؛ و شمارشگر نسل افزایش می یابد تا نشان دهد که یک نسل یا یک تکرار کامل شده است.
روند کلی الگوریتم ژنتیک به صورت شبه کد در ضمیمه ارائه می شود.
منظور از بهینه سازی سراسری یافتن مجموعه ای از بهترین پارامتر ها برای بهینه سازی تابع هدف[۱۸] می باشد. عموما علاوه بر جواب بهینه سراسری چندین جواب بهینه موضعی نیز برای مسائل وجود دارد. این جوابهای موضعی مسائل بهینه سازی را با چالش مواجه می کند.
نمودار گذر کارکرد یک الگوریتم ژنتیک به صورت شکل ۳-۱۰ است.
.
شکل۳-۱۰ فلوچارت الگوریتم ژنتیک
در یک الگوریتم ژنتیک استاندارد ابتدا یک جمعیت اولیه به صورت تصادفی تولید می شود. هر مرحله تکاملی یک نسل نامیده می شود. برای شکل گیری یک جمعیت جدید (نسل بعدی) افراد بر مبنای میزان شایستگیشان انتخاب می شوند.
ساده ترین روش برای انجام این انتخاب انتخاب متناسب با شایستگی می باشد. در این روش افراد با احتمالی متناسب با میزان شایستگی شان انتخاب می شوند.
به این ترتیب افراد شایسته تر شانس بیشتری برای تولید مثل خواهند داشت. این در حالی است که افراد با شایستگی کمتر محو شده و شانسی برای انتخاب و تولید مثل پیدا نمی کنند.
روال انتخاب به تنهایی نمی تواند هیچ فرد جدیدی را به جمعیت اضافه کند و همچنین نقطه جدیدی را به فضای جستجو پیدا نمی کند، بلکه این کار با بهره گرفتن از عملگر های تقتطع، و جهش انجام می شود.
عملگر تقاطع با بهره گرفتن از یک احتمال تحت عنوان احتمال تقاطع و یا نرخ تقاطع Pc بین دو فرد انتخاب شده انجام می شود. این دو فرد والدین نامگذاری می شوند. به این ترتیب دو فرد جدید به وجود می آیند به نام فرزندان. عملگر تقاطع باعث می شود تا عملیات جستجو به مناطق جدیدی در فضای جستجو گسترش یابد.
عملگر جهش در راستای جلوگیری از همگرایی زودرس در کمینه های موضعی به کار گرفته می شود و نقاط جدیدی را به صورت تصادفی در فضای جستجو ایجاد می کند. این عملگر یک تغییر تصادفی را با احتمال اندک pm اعمال می کند.
البته هر تقاطعی الزاما منجر به جوابهای بهتر نمی شود اما ما نگران چنین امری نیستیم زیرا جوابهای بد ایجاد شده در عملیات انتخاب مجدد حذف خواهند شد و عمر کوتاهی خواهند داشت.
سه عملگر مذکور عملگرهای ساده ای هستند و عملگر انتخاب مجدد، رشته های خوبی را ناتخاب می نماید.، عملگر تقاطع زیر رشته های خوب دو کروموزوم را به امید شکل گیری کروموزومهای بهتر مجددا تقاطع می دهد و در نهایت عملگر جهش نیز مکانی را در کروموزوم به امید یافتن فرد بهتری تغییر می دهد.
الگوریتهای ژنتیک از سازماندهی دودویی خطی استفاده می کنند. به این معنی که به جای خود متغیرها با مقادیر کد گذاری شده متغیرهای تصمیم کار می کنند. آنها با یک فضای جستجوی گسسته حتی اگر تابع پیوسته باشد کار می کنند. این امر الگوریتمهای ژنتیک را قادر می سازد تا در حوزه وسیعی از مسایل کاربرد داشته باشد. فایده دیگر این امر آن است که عملگر های ژنتیک از تشابهات ساختار رشته بهره گرفته و جستجوی موثری را انجام می دهند.
تابع شایستگی به منزله یک جعبه سیاه از دید الگوریتم ژنتیک می باشد. افراد به این جعبه سیاه اعمال شده و مقدار شایستگی آنها توسط این تابع محاسبه می شود.
۳-۴-۲ مزایای استفاده از الگوریتم ژنتیک
الگوریتم ژنتیک به سرعت می تواند یک مجموعه بزرگ از جوابها را پویش نماید. همچنین جوابهای بد تاثیری بر روی جوابها نداشته و به آسانی حذف می شوند.
طبیعت الگوریتم ژنتیک به گونه ای است که نیازی به داشتن هیچ قاعده ای در ارتباط با مسئله مورد حل ندارد و تنها با قوائد داخلی خودش کار می کند. این نکته در مورد مسائل پیچیده بسیار مفید واقع می شود.
این روش نیازی به محاسبات مشتق جزئی ندارد.
الگوریتم ژنتیک بر خلاف سایر الگوریتمها ی بهینه سازی نیازی به حدس اولیه در ارتباط با جواب نمی باشد با توجه به اینکه حدس اولیه تاثیر زیادی بر روی نتیجه نهایی دارد الگوریتم ژنتیک تنها نیازمند یک محدوده جستجو می باشد که این محدوده با توجه به دانش اولیه از خصوصیات فیزیکی سامانه قابل طرح است.
الگوریتم ژنتیک به صورت موثر کل فضای جوابها را جستجو می کند که این نوع از جستجو بر خلاف سایر روشها از افتادن در تله نقاط بهینه موضعی جلوگیری می کند.[۵]
۳-۵ جبران سازی لبه پالس ولتاژ
شکل۳-۱۱ مدار معادل تخلیه خازن
در کاربردهای موج مربعی زمانی که عرض پالس طولانی می شود لبه پالس دچار افت می گردد. این افت به دلیل تخلیه شدن خازن است. در شکل ۳-۱۱ مدار معادل یک مولد پالسی، رابطه ۳-۷ ثابت زمانی تخلیه خازن و شکل ۳-۱۲ ولتاژ خازن را در این مدت نشان می دهد.
(۳-۷)
(۳-۸)
خازن معادل
مقاومت بار
ثابت زمانی تخلیه خازن معادل
ولتاژ منبع تغذیه
ولتاژ خازن
شکل ۳-۱۲ شکل موج ولتاژ خازن در زمان تخلیه
اگر زمان تخلیه خازن td که با سوییچ S2 کنترل می شود از ۵ بزرگتر باشد طبق رابطه ۳-۸ تقریبا تمامی ولتاژ خازن میرا می شود.
در زمان های تخلیه کوچکتر از ۵ پالس خروجی دچار افت می شود. این افت را به صورت درصدی از حداکثر مقدار پالس نشان می دهند. در مورد پالس ولتاژ:
(۳-۹)
افت پالس ولتاژ
درصد افت
ولتاژ منبع تغذیه دی-سی یا بیشینه ولتاژ خازن
در کاربرد هایی که نیاز به پالس مربعی دارند مانند مولد موج میکروویو «مگنترون»[۲۱]، ساخت ورقهای فلزی با بهره گرفتن از الکترولیز[فصل ۲] و غیر فعال سازی میکروبی، نا صافی عرض پالس مربعی بازده عملیات را کاهش می دهد و در نتیجه هزینه بهره برداری بالا رفته و استفاده از مولد پالسی ناکارآمد می شود. بنابراین می بایست به منظور بهینه سازی مولد پالسی این افت را جبران نموده و سطح صافی از پالس بوجود آید. روش سنتی برای جبران سازی افت پالس که در دهه های پیشین استفاده می شده است مدار بازتاب دهنده[۱۹] است. در این روش مدار شکل ۳-۱۳ به صورت سری با مولد پالس قرار می گیرد و با تخلیه انرژی القاگر در در زمان های افت ولتاژ روی بار، جبران سازی صورت می گیرد. این روش اگر چه از نظر ایده ساده است اما تنظیم پارامتر های آن پیچیده می باشد. مشکلاتی مانند تنظیم زمانبندی کلید زنی و شروع به کار،لزوم استفاده از سوییچ هایی که جریان پیک تا ۲.۵ برابر جریان بار را تحمل کنند و به کارگیری عنصر القاگر بسیار بزرگ [۲۱] سبب شده که به دنبال روش های دیگری برای جبران سازی باشیم.
در این پایان نامه به منظور جبران سطح پالس مولد پالسی مارکس از روش فعال جبران سازی مدولاسیون عرض پالس[۲۰] استفاده می کنیم.
۳-۵-۱ روش جبران سازی مدولاسیون عرض پالس
ایده اصلی این روش این است که به منظور جبران افت ولتاژ خازن اصلی یا مجموعه خازنها در مولد مارکس که در شکل ۳-۱۴ با CT نشان داده شده، خازنی دیگر را که با منبع ولتاژ کمکی شارژ شده است به کار بگیریم.
شکل ۳-۱۳ مدار بازتاب دهنده
شکل ۳-۱۴ مدار معادل مولد مارکس متوالی با جبران کننده PWM
خازن Ccp را که با منبع تغذیه فرعی شارژ می شود، با دوره کاری متغیر بین ۰ تا ۱ و با فرکانس چندین برابر پالس اصلی کلید زنی می کنیم. نحوه کلید زنی باید به گونه ای باشد که در ابتدای دوره کاری ۰ و به تدریج با افزایش افت ولتاژ، این مقدار نیز افزایش یابد و در نهایت به ۱ برسد. شکل ۳-۱۵ روش کار را نشان می دهد.[۲۱]

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...