شبیه سازی دینامیکی مکاترونیکی و مدیریت هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیاء برای بهینه سازی عملکرد تجهیزات شهری در شهرهای هوشمند

تجهیزات شهری شامل روشنایی معابر، ایستگاه های اتوبوس هوشمند، دوربین های نظارتی، تابلوهای اطلاع رسانی و سیستم های آبیاری فضای سبز در شهرهای هوشمند نیازمند پایش و کنترل بلادرنگ برای بهینه سازی مصرف انرژی، افزایش قابلیت اطمینان و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری هستند. در این پژوهش، یک سیستم مکاترونیکی مبتنی بر اینترنت اشیاء شامل حسگرهای محیطی نور، دما، رطوبت، ارتعاش، عملگرهای الکترومکانیکی، واحدهای پردازش لبه و سرور ابری برای شبیه سازی دینامیکی و مدیریت هوشمند عملکرد تجهیزات شهری طراحی شده است. ابتدا مدل دینامیکی غیرخطی هر تجهیز با در نظر گرفتن اندرکنش با محیط و الگوهای ترافیکی و اقلیمی در محیط سیمولینک متلب شبیه سازی می گردد. سپس با استفاده از الگوریتم بهینه سازی ترکیبی فاخته و ازدحام ذرات پارامترهای کنترلی نظیر زمان بندی روشنایی، شدت نور، نرخ ارسال داده و دور آبیاری به گونه ای بهینه می شوند که شاخص هایی همچون مصرف انرژی، نرخ خرابی و زمان پاسخ دهی کمینه گردند. نتایج شبیه سازی برای یک منطقه شهری فرضی با ۱۰۰ تجهیز پراکنده نشان می دهد که رویکرد پیشنهادی مصرف انرژی را ۳۲%، میانگین زمان پاسخ دهی را ۴۵% و نرخ خرابی تجهیزات را ۲۸% نسبت به حالت مدیریت سنتی کاهش می دهد. سیستم طراحی شده قابلیت پیاده سازی در بستر اینترنت اشیاء با پروتکل MQTT و داشبورد نظارتی بلادرنگ را دارا می باشد.

کلیدواژه ها:

شبیه سازی دینامیکی ، مکاترونیکی ، مدیریت هوشمند مبتنی بر اینترنت اشیاء ، تجهیزات شهری هوشمند ، شهرهای هوشمند ، بهینه سازی عملکرد