طراحی هم زمان سیستم های مکاترونیکی به کمک ترکیب ابزارهای باندگراف و برنامه نویسی ژنتیک

در روشهای طراحی سنتی سیستمهای مکاترونیکی، قسمتهای مختلف سیستم به صورت متوالی طراحی میشوند، در حالی که به دلیل برهمکنشهای پیچیده موجود بین زیرسیستمهای یک سیستم مکاترونیکی، بهینه بودن نتیجه حاصل از این روش زیر سوال خواهد بود. بنابراین، به تازگی ایده طراحی توأمان و یکپارچه سیستمهای مکاترونیکی با هدف دستیابی به عملکرد بهینه در این سیستمها مطرح شده است. در روشهای پیشنهادی برای طراحی توأمان، تلاش فراوانی برای هوشمندسازی روند طراحی از طریق انجام این فرآیند به صورت خودکار انجام شده است. در این پژوهش روش طراحی خودکار حاصل از ترکیب ابزار مدلسازی باندگراف و ابزار جستجوی برنامه نویسی ژنتیک به منظور طراحی بهینه توپولوژی و مقادیر عددی به صورت توأمان برای سیستمهای مکاترونیکی مورد استفاده قرار میگیرد. ابتدا با هدف بهبود فرآیند طراحی از طریق روش ترکیبی مورد نظر، اقدام به ایجاد حافظه کلی برای ابزار جستجو میگردد. به این ترتیب با شناسایی توپولوژیهای یکسانی که در طی فرآیند طراحی ایجاد میشوند و حذف این حلها از مراحل بعدی طراحی (شبیه سازی و استخراج معادلات مربوط به هر حل و بهینه سازی پارامترهای عددی)، از اتلاف وقت در روند حل مسئله به صورت موثری جلوگیری میشود. در گام بعدی، برای هوشمندسازی روش طراحی مورد استفاده، قابلیت تنظیم دینامیک برای پارامترهای اساسی در تعیین تابع برازندگی ایجاد میشود. به این ترتیب اصلاحات مورد نیاز در روند تعیین برازندگی برای هر حل، در حین انجام فرآیند طراحی و به صورت خودکار اعمال میشوند، و در نتیجه میتوان گفت که همه معیارها و شرایط مطلوب برای عملکرد سیستم به صورت یکپارچه بهینه سازی میگردند. ایده قابلیت تنظیم خودکار ویژگیهای مختلف در این روش طراحی به گونه ای است که میتوان آن را برای اغلب الگوریتمهای تکاملی به صورت مطلوبی اعمال نمود. در ادامه پژوهش، به مسئله طراحی توأمان سازه و کنترل برای یک ربات سه درجه آزادی با استفاده از الگوریتم ژنتیک با قابلیت تنظیم خودکار پارامترهای موثر در تعیین تابع برازندگی، پرداخته میشود. پارامترهای ساختاری، بهره های کنترلی و معادله مسیر حرکت ربات به صورت توأمان و با یکپارچه در نظر گرفتن کل سیستم بهینه سازی میگردند. با وجود محدوده تغییرات بسیار متفاوت برای معیارهای عملکردی مختلف مورد نظر در این مسئله، به دلیل استفاده از قابلیت تنظیم خودکار پارامترها در تابع برازندگی، همه معیارها با روند نسبتاً مشابهی در فرآیند طراحی بهبود یافته اند. در نهایت بهینه سازی توأمان توپولوژی و پارامترهای عددی، که بالاترین سطح از فرآیند طراحی توأمان برای سیستمهای مکاترونیکی محسوب میشود، در قالب حل مسئله طراحی بهینه سیستمهای دسته موتور هیدرولیکی با استفاده از روش ترکیبی معرفی شده مطرح میگردد. چندین مدل مختلف از دسته موتورهای هیدرولیکی با ساختارهای جدید و خلاقانه بصورت کاملا اتوماتیک طراحی میشوند، که ویژگیهای عملکردی در این پاسخها به صورت قابل توجهی بهبود یافته است. مهمترین ویژگی عملکردی در اکثر مدلهای نوین حاصل از طراحی خودکار، حذف فرکانس قله بدون ایجاد تأثیر نامطلوب در فرکانس فاق است. به همین دلیل با توجه به معیارهای کاربردی دو پاسخ برتر برگزیده شده اند و در پایان مدلهای فیزیکی متناسب با این پاسخها ارائه گردیده است.