در این پژوهش کنترل غیرخطی سیستم های کم عملگر در حضور اختلالات خارجی مورد توجه قرار گرفته است. با تمرکز به کاربرد سیستم های کم عملگر در زمینه رباتیک، دو دیدگاه کلی برای تحلیل ربات های کم عملگر جهت حل مسئله کنترل و تضمین مقاوم بودن سیستم حلقه بسته در برابر عدم قطعیت ها و اختلالات پیشنهاد می شود. ابتدا تحلیل کنترل پذیری سیستم های غیرخطی ارائه شده است و تحلیل کنترل پذیری غیرخطی سیستم های کم عملگر، صورت می گیرد. کنترل کننده های طراحی شده قابلیت اعمال به دسته وسیعی از سیستم های کم عملگر را دارا بوده و در مقایسه با بسیاری از کارهای انجام شده پیشین محدودیت کمتری دارد.

در این پژوهش طراحی کنترل کننده تطبیقی مقاوم حرکت موشک تحت فرمان خط- دید با وجود عدم قطعیت های مدل مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به اهمیت کنترل و هدایت موشک های تحت فرمان خط - دید در صنعت هوا فضای کشور و پیشرفت های چشمگیر در زمینه پرواز اهداف مانورپذیر، دو دیدگاه کلی برای تحلیل موشک های تحت فرمان خط- دید جهت حل مسئله کنترل و تضمین مقاوم بودن سیستم حلقه بسته در برابر عدم قطعیت های مدل و اغتشاشات خارجی پیشنهاد می شود. در این پایان نامه ابتدا به بررسی انواع موشک ها با سیستم های هدایت و کنترل آیرودینامیک های مختلف پرداخته شده است. سپس با معرفی موشک های تحت فرمان خط- دید و نیازمندی های این موشک برای پیمودن مسیر مشخص شده و اصابت به اهداف فرضی، طراحی کنترل کننده های مختلف ارائه شده اند. از جمله کنترل کننده های استفاده شده برای هدایت این نوع موشک ها می توان به کنترل کننده های خطی سازی فیدبک و کنترل کننده های فازی تطبیقی با استفاده از روش گرادیان منفی اشاره کرد. در این دو طراحی با توجه به مدل موشک و هدف فرضی با شتاب های از پیش تعیین شده برای مانور دادن و نادیده گرفتن اثر اغتشاشات و عدم قطعیت ها قانون هدایت موشک را تولید و سناریوی برخورد شبیه سازی شده است. حال ایده اصلی این پژوهش اعمال اغتشاشات به سیستم موشک و در نظر گرفتن عدم قطعیت در مدل معرفی شده برای هدایت موشک می باشد که با طراحی کنترل کننده تطبیقی مقاوم، قانون هدایت موشک طراحی شده است. قسمت مقاوم کنترل کننده از کنترل کننده های غیرخطی با ساختار متغیر مد لغزشی تشکیل شده و قسمت تطبیقی از قوانین فازی برای ایجاد قوانین تطبیق بهره جسته است. الگوریتم پیشنهادی با شبیه سازی مدل حرکت موشک، هدف و نمایش سناریوی برخورد توانسته است به اهدافی همچون مقاومت در برابر اغتشاشات و نامعینی مدل سیستم با وجود پارامترهای متغیر با زمان برسد.

امروزه استفاده از انرژی های نو با توجه به محدود بودن منابع انرژی های فسیلی و قیمت مورد توجه می باشد. از آنجایی که توان تولید شده توسط این منابع به طور مستقیم قابلیت استفاده برای تجهیزات مختلف را ندارد لذا باید سطح ولتاژ و جریان تولید شده، به سطح مناسب ارتقاء یابد. به این منظور می توان از مبدل های dc-dc چند فاز استفاده نمود. از مهمترین ویژگی های این دسته از مبدل ها می توان به این موارد اشاره نمود: 1-دستیابی به توان های بالا 2-قابلیت استفاده همزمان از چند منبع تولید توان 3-کاهش تلفات سوییچینگ 4 –ایجاد افزونگی در سیستم و قابلیت تعمیر و نگداری مناسب می باشد. از مباحث مطرح در به کارگیری مبدل های dc-dc چند فاز مسئله کنترل جریان تولیدی هر یک از فازها و تثبیت ولتاژ خروجی می باشد. همچنین یک کنترل کننده مبدل چند فاز باید پایداری سیستم را در شرایط مختلف تضمین نماید. روش کنترلی استفاده شده در این پایان نامه راهبرد کنترل مد لغزشی تطبیقی با بهبود زمان گذرا می باشد که در این روش بجای استفاده از یک تابع سوییچینگ خطی از یک تابع سوییچیگ غیر خطی استفاده شده است. روش استفاده شده علاوه بر تحقق اهداف کنترلی ذکر شده، پاسخ گذرای سیستم را به طور قابل ملاحظه ای بهبود می بخشد. از کاربرد های مهم مبدل های dc-dc چند فاز و سیستم کنترل پیشنهادی، استفاده از آن در پیل های سوختی ، سلول های خورشیدی و توربین های بادی می باشد. با استفاده از شبیه سازی، نتایج مربوط به سیستم کنترل طراحی شده نشان داده شده و نتایج با یک کنترل کننده مد لغزشی ساده مقایسه شده است.

شبکه های عصبی مصنوعی با توانایی قابل توجه خود در استنتاج نتایج از داده های پیچیده می توانند در استخراج ویژگی ها و شناسایی الگوهای مختلفی که برای انسان ها و کامپیوتر شناسایی آنها بسیار دشوار است استفاده شوند. سادگی، قابلیت یادگیری تطبیقی، تعمیم پذیری، پایداری و انعطاف پذیری از مزایای عمده ی شبکه های عصبی مصنوعی است. شبکه های عصبی مصنوعی پیش خور معمولاً در مواجهه با سیستم های دینامیکی مشکل دارند، شبکه های عصبی بازگشتی برای غلبه بر این مشکل در اواخر قرن بیستم معرفی و پیشنهاد شدند. از روش های کاهش شیب مانند پس انتشار خطا در زمان و الگوریتم های بهینه سازی مانند الگوریتم ژنتیک به وفور برای آموزش شبکه های عصبی بازگشتی استفاده می شود. آموزش شبکه های عصبی بازگشتی فرایندی طولانی است و ممکن است در کمینه های محلی اسیر شود. شبکه ی عصبی حالت انعکاسی که اخیراً توسط هربرت جاگر معرفی شده، یک نوع خاص از شبکه های عصبی بازگشتی است که از یک مخزن دینامیک بزرگ در لایه ی مخفی استفاده می کند، وزن اتصالات داخلی شبکه ی عصبی حالت انعکاسی در فرایند آموزش ثابت است و تنها وزن های قابل آموزش، وزن اتصالات خروجی است، بنابراین آموزش شبکه به یک مسئله ی رگرسیون خطی تبدیل شده و در حالت برون خط به سادگی قابل حل است. در برخی مسایل کاربردی مانند مدل سازی و کنترل روبات ها یا در مسایلی که شبکه شامل اتصالات بازگشتی از خروجی ها به واحدهای مخزن باشد بهتر است از روش های برخط برای آموزش شبکه ی عصبی حالت انعکاسی استفاده شود. الگوریتم حداقل میانگین مربعات یکی از الگوریتم های ساده و پایدار برای آموزش برخط شبکه ی عصبی حالت انعکاسی است، لیکن متاسفانه به دلیل پراکندگی مقادیر ویژه ماتریس همبستگی حالات شبکه، همگرایی این الگوریتم بسیار کند است. تا کنون ساختارهای متفاوتی برای بهینه سازی مخزن شبکه به گونه ای که پراکندگی مقادیر ویژه ماتریس همبستگی حالات شبکه کم شوند بررسی شده اند، لیکن هیچ کدام از این ساختارها تاثیر چندانی بر کاهش پراکندگی مقادیر ویژه ماتریس همبستگی حالات شبکه ندارند. الگوریتم جستجوی هارمونی یک الگوریتم تصادفی است که به خصوص در بهینه سازی مسایلی با فضای جستجوی وسیع عملکرد خوبی دارد، در این پایان نامه از الگوریتم جستجوی هارمونی ابتدا برای آموزش شبکه ی عصبی حالت انعکاسی استفاده کرده و به کمک چند مثال نشان خواهیم داد که در حالیکه دقّت آموزشی این الگوریتم در مقایسه با الگوریتم حداقل مربعات بازگشتی و الگوریتم بهینه سازی حرکت ذرّات قابل قبول است، فرایند آموزش شبکه به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی سریعتر از آموزش شبکه با دو الگوریتم دیگر است. سرانجام از الگوریتم جستجوی هارمونی برای تولید بهینه-ی وزن اتصالات داخلی شبکه استفاده خواهیم کرد و نشان خواهیم داد که با این الگوریتم می توان پراکندگی مقادیر ویژه ماتریس همبستگی حالات شبکه را تا چندین میلیون برابر کاهش داد. از الگوریتم حداقل مربعات برای آموزش برخط شبکه ی عصبی حالت انعکاسی ساخته شده به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی استفاده شده و نتایج با سایر روش های آموزشی موجود مقایسه خواهند شد. نتایج شبیه سازی-های انجام شده برای پیش بینی سری های زمانی مکی گلاس، لورنز و راسلر به وضوح کارایی روش پیشنهادی را نشان می-دهند.

ایده ی کوانتیزه کردن در سال 1900 میلادی توسط ماکس پلانک به منظور رفع تناقضات در بین بعضی از نتایج آزمایشگاهی و محاسبات مبتنی بر تئوری کلاسیک مانند تابش گرمایی ارائه شد. مدتی بعد از آن بود که ساخت دستگاه هایی مبتنی بر این تئوری به آرزویی برای محققان تبدیل شد. تحقق این آرزو مستلزم ایجاد بستر تئوریک و روش هایی عملی برای کنترل سیستم های کوانتومی بوده است. در نتیجه تحقیقات فراوانی در زمینه تئوری کنترل سیستم های کوانتومی و روش های عملی برای پیاده سازی آن صورت گرفته و درحال انجام است. ما اکنون در قلب دومین انقلاب کوانتومی هستیم. اولین انقلاب، قوانینی را که بر فیزیک حکومت می کنند بیان کرده و دومین انقلاب، استفاده از آن قوانین برای توسعه ی تکنولوژی های جدید است. امروزه با پیشرفت تکنولوژی، ساخت دستگاه هایی مبتنی بر نظریه کوانتوم مانند کامپیوترهای کوانتومی امکان پذیر شده است. کنترل سیستم های کوانتومی به دو روش حلقه باز و حلقه بسته انجام می شود. با توجه به اثراتی که اندازه گیری بر روی یک سیستم کوانتومی دارد، کنترل حلقه باز از اهمیت ویژه ای نسبت به سیستم های کلاسیک برخوردار است ولی با این وجود هنوز روش حلقه بسته با توجه به مزایای آن برتری داشته و مورد توجه می باشد. این رساله ابتدا بطور خلاصه به بیان اهمیت موضوع و برخی از کاربردهای آن که تا زمان تدوین این رساله مشخص شده است خواهد پرداخت. سپس با توجه به اهمیت موضوع سعی شده است تا یک بررسی کلی بر روی مدل های بکارگرفته شده برای کنترل سیستم های کوانتومی انجام شود که موضوعاتی مانند شبکه های کوانتومی و چگونگی بیان اتصالات مختلف در آن ها را نیز شامل می شود. در بخش دوم این رساله به یک سوال اولیه در مهندسی کنترل یعنی چگونگی پاسخ یک سیستم به ورودی های مختلف برای یک اتم دوترازی به کمک فیلترینگ کوانتومی پاسخ داده شده است. ورودی های مختلفی شامل ورودی حالت خلأ، تک فوتون پیوسته و برهم نهی حالت های همدوس در نظر گرفته شده است. درجه خلوص حالت یک سیستم کوانتومی، که بیان گر میزان اطلاعاتی است که از سیستم کوانتومی در دسترس می باشد، از اهمیت خاصی برخوردار است و در بسیاری از کاربردها ساختن حالت های خالص مورد نظر است. بنابراین برای بررسی رفتار سیستم های کوانتومی تحت ورودی های ذکر شده، درجه خلوص حالت آن ها مورد بررسی قرارگرفته و دینامیک تغییرات درجه خلوص استخراج شده است. در بخش پایانی الگوریتمی برای طراحی کنترل کننده ای مبتنی بر فیدبک، برای یک سیستم کوانتومی ارائه شده است. طراحی کنترل کننده بر مبنای استخراج معادله ای اتفاقی شرودینگر در حالت حلقه بسته و سپس برآورده کردن شرط پایدارسازی می باشد که در این رساله تعریف شده است. به کمک روش مطرح شده کنترل کننده ای برای تنظیم حالت سیستم دوترازی در هر حالت خالص دلخواه طراحی شده و نتایج شبیه سازی های انجام شده صحت طراحی را نشان می دهد.

ورقهای فولادی با ضخامتهای مختلف از جمله تولیدات مهم در صنعت فولاد بوده و دارای مصارف زیادی در صنایع خودروسازی، ساخت ماشین آلات صنعتی و لوازم خانگی میباشد و نورد سرد به عنوان یکی از مهمترین فرایندها در تولید ورقهای فولادی در تعیین کیفیت آنها مطرح است. هدف نهایی در این فرایند کاهش ضخامت ورق به طور به طور یکنواخت و به مقدار مطلوب میباشد لذا در اکثر کارخانه های تولید محصولات فولادی از خطوط نورد سرد چند قفسه ای استفاده میگردد. در این حالت فرایند چند ورودی-چند خروجی بوده و وجود تداخل بین متغیرهای مختلف و لزوم تثبیت کشش بین قفسه ها در طول عملیات نورد و نیز تاخیر ناشی از اندازه گیری ضخامت بعد از هر فقسه از موارد مهمی است که باید در طراحی کننده ضخامت مد نظر قرار گیرد. همچنین سیستم کنترل باید بتواند از اختلالات وارد شده به پروسس را تضعیف و سیگنال مرجع که همان ضخامت مطلوب بعد از هر قفسه است را بدون خطای ماندگار دنبال کند.

در این رساله, کنترل سیستمهای غیرخطی نامعین در حضور اختلال به عنوان یک مسئله ی مهم در تئوری و کاربرد کنترل مطرح می گردد. به دلیل تنوع سیستمهای غیرخطی, دسته بندی آنها به منظور طراحی موثر و حصول عملکرد مطلوب, امری اجتناب ناپذیر است. از این رو, سیستمهای موسوم به فرم خطی پذیر با فیدبک به عنوان دسته ی مهمی از سیستمهای غیرخطی که در توصیف فرایندهای مختلف کاربرد دارد, مورد توجه قرار می گیرد. نامعینی پارامتری متغیر با زمان که می تواند در کاربردهایی از قبیل سیستمهای رباتیک, سیستمهای دریایی و زیر دریایی و سیستمهای آشوبی وجود داشته باشد, در دینامیک فرایند وارد می شود. با توجه به وجود نامعینی, روشهای متعارف کنترل غیرخطی نظیر روش خطی سازی با فیدبک کارایی مناسب نداشته و عملکرد مطلوب را بدست نمی دهد. از طرف دیگر, کنترل وفقی متعارف از جمله روش جایابی قطب یا مدل مرجع نیز قادر به غلبه بر پارامترهای نامعین متغیر با زمان نمی باشد. وجود سیگنال اختلال نیز عامل دیگری است که بر عملکرد سیستم تأثیر نامطلوب داشته و لذا اتخاذ یک راهبرد مقاوم جهت تضعیف یا حذف اثر آن در خروجی ضروری است. برای تعریف مسئله ی کنترل, ابتدا سیستمهای تک ورودی- تک خروجی به فرم خطی پذیر با فیدبک با نامعینی پارامتری متغیر با زمان و در حضور سیگنالهای اختلال در این تحقیق در نظر گرفته شده و هدف کنترل بر اساس کم کردن خطای تعقیب تا حد امکان و کراندار بودن تمام سیگنالهای حلقه بسته بیان می شود. به این منظور, دو الگوریتم وفقی مقاوم پیشنهاد می گردد. در یک روش, تضعیف اثر اختلال در خروجی با معیار برای سیگنالهای اختلال با کران و انرژی محدود انجام می گیرد. با توجه به اینکه در حالت کلی, محدودیت انرژی برای برخی سیگنالها از جمله سینوسی و پله ای برقرار نیست, با برطرف کردن این شرط محدودکننده, یک راهبرد وفقی جهت حذف اثر اختلالات طراحی می گردد. در هر مورد با تعریف یک تابع لیاپانف مناسب و ارائه چند قضیه, پایداری و عملکرد مقاوم اثبات می گردد. از ویژگیهای طراحی انجام شده در مقایسه با کارهای قبلی, اعمال فرضیات کمتر در مسئله, عدم لزوم آگاهی از کران بالای پارامترهای متغیر با زمان و اختلالات و سهولت در تعمیم الگوریتم به سیستمهای چند ورودی- چند خروجی می باشد. از کاربردهای ایده ی پیشنهادی در غلبه بر پارامترهای متغیر با زمان و سیگنالهای اختلال با کران نامعلوم, استفاده از آن در حل مسئله ی همزمان سازی سیستمهای آشوبی می باشد. در این رساله, حل مسئله ی همزمان سازی برای سیستم آشوبی و نامعین جنسیو- تسای به عنوان یک سیستم تک ورودی- تک خروجی و سیستمهای آشوبی یکپارچه به عنوان یک سیستم چند ورودی- چند خروجی انجام می گیرد. برای نمایش عملکرد الگوریتمهای پیشنهادی, شبیه سازیهای متعددی انجام و نتایج آن ارائه گردیده اند.