هدف از انجام این رساله ارائه یک روش بهینه برای کنترل و طراحی سوخت خودروهای الکتریکی هیبرید می باشد. امروزه اکثر شرکت های خودروسازی راهکارهای گوناگونی جهت کم کردن هزینه های خودرو بویژه در مصرف سوخت نظیر خودروهای الکتریکی هیبرید ارائه داده اند. در این خودروها از انرژی الکتریکی و سوخت های فسیلی نظیر بنزین، گازوئیل و گاز بطور همزمان در تهیه توان لازم در خودرو استفاده می شود. مزیت اصلی این خودروها نسبت به خودروهای معمول که فقط از سوخت فسیلی استفاده می کنند، در روش های کنترلی مدرن و استفاده از دو منبع انرژی می باشد. ارائه روش های کنترلی گوناگون در این خودروها جهت تخصیص میزان توان لازم از هر نوع انرژی در طول مسیر، از شاخص های مهم این خودروها می باشد. داشتن یک کنترل کننده بهینه به نحوی که بتواند میزان سوخت فسیلی مصرفی در خودرو را مینیمم کند تا میزان آلایندگی کاهش یابد، بسیار حائز اهمیت است. در این رساله به دنبال بررسی راه کارهای بهینه مناسب جهت رسیدن به یک استراتژی بهینه در خودروهای هیبرید هستیم. بهینه سازی سیستم های کنترلی از مسائلی است که از دیرباز مورد توجه قرار داشته است. پیدا کردن یک ورودی کنترل که بتواند معیارهای مورد نظر یک سیستم را اکسترمم کند، مساله اصلی بهینه سازی به شمار می آید. در مسائل کنترل بهینه، پارامترهای مجهول، متغیرهای کنترل و متغیرهای وضعیت هستند؛ در این گونه مسائل، هدف، تعیین ورودی کنترل و متغیرهای وضعیت متناظر با آن می باشد به نحوی که معیارهای سیستم مورد نظر را بهینه کرده و در شرایط مساله نیز صدق کند. از جمله روش هایی که می تواند برای حل مسائل کنترل بهینه مورد استفاده قرار گیرد، روش مستقیم و توابع هیبرید می باشد. ایده اصلی این دو روش، تبدیل مساله کنترل بهینه به یک گروه از معادلات جبری که حل آن بسیار ساده تر از حل مساله اصلی است، می باشد. از آن جهت که در بسیاری از مسایل کنترل بهینه استفاده از تئوری کنترل و اصل حداقل یابی پنتریاگن به دلیل پیچیدگی سیستم های واقعی بسیار سخت و دشوار بوده است، ارایه روش های جدید کنترل بهینه این مساله را ساده ترمی کند. از جمله روش های بکارگرفته شده در کنترل بهینه سوخت خودروهای هیبرید استفاده از برنامه نویسی دینامیکی و برنامه نویسی غیر خطی می باشند. از معایب این روش نیز گسسته سازی مساله کنترل بهینه و حل آن به روش عددی می باشد. همچنین پدیده نفرین ابعاد در روش مستقیم از دیگر معایب استفاده از این تکنیک ها می باشد. در این رساله سعی شده تا با استفاده از خواص توابع متعامد پیوسته و قطعه قطعه پیوسته در روش های مستقیم و توابع هیبرید، مساله کنترل بهینه سوخت خودروی هیبرید حل گردد. از ویژگی های متمایز این دو روش، استفاده از حل معادلات جبری بجای استفاده از حل معادلات دیفرانسیل با شرایط مرزی در دو طرف بازه می باشد. از آنجا که در سیستم های واقعی، نامعینی در سیستم وجود دارد، ارایه روش های کنترلی با حضور نامعینی در سیستم از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در این رساله سعی شده است تا با استفاده از قضیه کنترل بهینه و حساب تغییرات، کنترل مصرف سوخت خودروی هیبرید را در حضور نامعینی در سیستم مینیمم ساخت. نحوه کار این روش بگونه ایست که به ازای نامعینی که هزینه سیستم را ماکزیمم می کند، متغیر های کنترلی به نحوی انتخاب شوند تا هزینه سیستم مینیمم گردند.

در طراحی کنترل کننده های pi/pid به روشهای کلاسیک سیستم ها را در ناحیه کار نامی در نظر می گیرند، از این رو این کنترل-کننده ها قادر نخواهند بود خود را با شرایط متغیر در وضعیت سیستم ها سازگار سازند. بنابراین با تغییر پارامترهای سیستم ها و یا تغییر در شرایط استفاده از آن ها، از کارآیی این کنترل کننده ها تا حد قابل ملاحظه ایی کاسته می شود. استفاده از یک سیستم فازی برای تنظیم پارامترهای کنترل کننده های pi/pid به صورت زمان واقعی، یکی از روش هایی است که برای بهبود عملکرد کنترل کننده-های pi/pid پیشنهاد می شود. اما عملکرد این کنترل کننده دو سطحی که سطح اول آن را یک کنترل کننده pi و سطح دوم آن را یک سیستم فازی تشکیل می دهد، کاملا وابسته به توابع عضویت سیستم فازی است. به همین جهت استفاده از یک الگوریتم بهینه-ساز برای تنظیم پارامترهای توابع عضویت سیستم فازی آن هم به صورت زمان واقعی و همزمان با تغییرات حادث در سیستم ها روشی کارآمد برای فائق آمدن بر این مسئله خواهد بود. اما از آنجایی که عموما عملکرد الگوریتم های تکاملی و بخصوص الگوریتم pso مبتنی بر جمعیت (ذرات) است، این الگوریتم ها را به صورت نابهنگام به کار می برند، به همین جهت در استفاده از الگوریتم pso به صورت زمان واقعی مشکلاتی در محاسبه تابع هدف وجود دارد. در این پایان نامه با جستجویی در زمینه الگوریتم های تکاملی موجود و انتخاب الگوریتم pso به عنوان گزینه ایی مناسب برای امر تنظیم پارامترهای توابع عضویت سیستم فازی و پیشنهاد راه حلی برای استفاده از این الگوریتم به صورت زمان واقعی، یک شبکه مایکروگرید که شامل چندین منبع انرژی تجدیدپذیر و بارهای محلی است به عنوان سیستم آزمون جهت بررسی کارایی روش پیشنهادی در امر کنترل فرکانس مایکروگرید با استفاده از ژنراتور دیزلی موجود در شبکه، انتخاب شده و نتایج شبیه سازی به تفصیل مورد بررسی واقع شده است.

در سیستم های پیچیده ی امروزی به دلیل وجود قطعات زیاد و تأثیر متقابل آنها بر هم، تشخیص به موقع و درست وقوع عیب می تواند از گسترش آن جلوگیری کند ومانع خرابی دستگاه یا افت عملکرد آن شود. از سوی دیگر دسته ی وسیعی از سیستم های امروزی دارای رفتار سوئیچینگ بوده و دینامیک پیوسته ی آنها به دلیل وجود فازهای مختلف کاری در خود سیستم و یا کنترل آنها با منطق گسسته دارای تغییرات ناگهانی است. از این رو مسئله ی تشخیص وقوع عیب در سیستم های هایبرید و به خصوص سیستم های سوئیچینگ اخیراً مورد توجه محققان قرار گرفته است. در این پایان نامه، سه مسئله ی موجود در زمینه ی تشخیص عیب که برای سیستم های سوئیچینگ کمتر مورد توجه قرار گرفته است بررسی و حل شده اند. اولین مسئله ی مورد بررسی جداسازی عیب در سیستم های سوئیچینگ است که با وجود کارهای زیاد انجام شده در این زمینه برای سیستم های خطی و غیرخطی در حوزه ی سیستم های سوئیچینگ کمتر به آن توجه شده است. برای حل این مسئله با انتخاب یکی از روش های جداسازی عیب در سیستم های خطی به نام روش هندسی، از آن برای جداسازی عیب در سیستم های سوئیچینگ استفاده شده است. برای این منظور با تعمیم مفهوم زیرفضای رویت ناپذیری در سیستم های خطی به سیستم های سوئیچینگ، الگوریتمی برای محاسبه ی آن ارائه شده است. در ادامه، با استفاده از نامساوی های ماتریسی خطی بهره ی فیلتر تشخیص عیب به گونه ای طرحی شده که علاوه بر پایداری، اثر اغتشاش بر سیگنال مانده کاهش یابد و در عین حال حساسیت آن نسبت به سیگنال عیب از حد معینی کمتر نشود. مسئله ی دیگری که در این پایان نامه بررسی شده است، طراحی فیلتر تشخیص عیب برای سیستم هایی است که در آنها سیگنال سوئیچینگ با تأخیر به بلوک تشخیص عیب می رسد. برای این منظور ابتدا شرط پایداری با عملکرد h_? وزنی برای سیستمی با فیلتر تشخیص عیب آسنکرون به دست می آید، سپس این شرط به نامساوی های ماتریسی تبدیل شده و با در نظر گرفتن یک ساختار خاص برای ماتریس های مجهول، این نامساوی ها به lmi تبدیل می شوند. در ادامه با استفاده از این lmi ها فیلتر تشخیص عیب به گونه ای طراحی می شود که سیگنال مانده نسبت به اغتشاش مقاوم و نسبت به عیب حساس باشد. آخرین مسئله ی بررسی شده در این پایان نامه، تشخیص عیب و کنترل هم زمان برای سیستم های سوئیچینگ خطی است. برای این منظور با استفاده از lmi های به دست آمده برای پایداری و عملکرد h_? وزنی در فصل های قبلی، بلوکی طراحی می شود که کار کنترل و تشخیص عیب را به صورت هم زمان انجام می دهد. در طراحی این بلوک، نامساوی های ماتریسی به دست می آیند که ترم های غیرخطی آنها را به سادگی دو مسئله ی قبلی نمی توان خطی کرد. به همین دلیل برای تبدیل این نامساوی ها به lmi از تبدیل های تجانسی و تغییر متغیرهای خاصی استفاده شده است. به منظور نشان دادن کارایی روش ها در انتهای هر فصل روش های پیشنهادی برای تشخیص عیب در یک سیستم سه تانک استفاده شده است.

تأخیر یکی از عوامل اصلی بروز ناپایداری و تخریب رفتار مطلوب در سیستم های صنعتی است. این موضوع زمانی اهمیت دوچندان می یابد که بدانیم این سیستم ها معمولا دارای نامعینی بوده و اغتشاش ورودی و خروجی و نویز اندازه گیری نیز به آنان اعمال می گردد. از همین رو ارائه روش های جدید در کنترل مقاوم سیستم های تأخیردار یکی از دغدغه های مهم پژوهشگران حوزه مهندسی کنترل بوده است. در این روش ها معمولا جبران تأخیر، بخش مهم و تعیین کننده ای در کنترل سیستم محسوب می گردد. در این رساله روشی جهت کنترل مقاوم h? سیستم های تأخیردار ورودی ارائه می گردد. اساس این روش بر یک پیشگوی حالت بنا نهاده شده است که در حقیقت یک مشاهده گرِ حالت تأخیریافته است و اثبات می گردد که خطای پیشگویی در آن به صورت مجانبی به سمت صفر میل می نماید. در ادامه، پیشگوهای متوالی جهت تخمین حالت سیستم های ناپایدار با تأخیر زیاد ارائه گردیده که شامل مجموعه ای از پیشگو هایی است که هرکدام حالت سیستم را برای زمان کوتاهی در آینده تخمین می زنند، بطوری که نهایتا حالت برای کل زمان تأخیر تخمین زده می شود. شباهت مدل این پیشگو به مشاهده گر حالت، این امکان را به ما می دهد که دسته ی کنترل کننده های پایدار ساز را برای سیستم های تأخیردار ارائه نماییم. نهایتا در این رساله، یک کنترل کننده مقاوم h? برای سیستم های تأخیردار ورودی بر اساس پیشگوهای متوالی ارائه گردیده و نتایج آن با دیگر روش های مطرح در این زمینه مقایسه می گردد.

همراه شدن مبحث کاهش مرتبه با مسیله طراحی سیستم های چندمتغیره، پیچیدگی خاصی را بر این مسیله تحمیل می کند. حوزه زمان بر اساس دوگانی فیدبک حالت و رویتگر حالت، روش مناسبی را در طراحی این سیستم ها ارایه کرده است. با توجه به یکسان بودن مرتبه کنترل کننده حوزه زمان و سیستم حلقه باز، مبحث کاهش مرتبه کنترل کننده در این حوزه اهمیت زیادی خواهد داشت. با استفاده از رویتگر حالت مرتبه کاهش یافته می توان مرتبه کنترل کننده را به تعداد خروجی سیستم کاهش داد. بر این اساس و با توجه به مباحث دوگان حوزه زمان، امکان کاهش مرتبه کنترل کننده بر اساس ورودی های سیستم نیز مورد توجه قرار می گیرد. در حقیقت، بر اساس رابطه دوگان بین فیدبک حالت و رویتگر حالت، در این وضعیت می توان مرتبه فیدبک حالت را در طراحی کنترل کننده حوزه زمان کاهش داد. هدف این پروژه، بررسی چنین موضوعی است که در نهایت به تعریف فیدبک حالت مرتبه کاهش یافته منتهی می گردد. با مروری بر دیدگاه های مرتبط با این موضوع، اهمیت تعریف ارایه شده از دو جهت مورد بررسی قرار می گیرد. از یک سو بر اساس این تعریف، اهداف طراحی در سیستم های چندورودی با بکارگیری تعداد کمتری از متغیرهای حالت محقق می گردد و در نتیجه هزینه طراحی سیستم کنترل کاهش می یابد. از سوی دیگر در طراحی بخش رویتگر حالت، می توان با تخمین تعداد کمتری از متغیرهای حالت سیستم، مرتبه کنترل کننده حوزه زمان را کاهش داد. در طراحی کنترل کننده جایابی قطب، مبحث کاهش مرتبه کنترل کننده قدمت زیادی داشته و لذا این کنترل کننده زمینه مناسبی را در مباحث طراحی پروژه ایجاد می کند. از این جهت پس از بررسی تاریخچه و برخی از مهمترین روش های طراحی این کنترل کننده، بحث کاهش مرتبه در مورد آن با استفاده از ورودی های سیستم دنبال می شود. سپس با ارایه تعریف فیدبک حالت مرتبه کاهشیافته، نقش این ساختار در بحث کاهش مرتبه کنترل کننده جایابی قطب بر اساس تعداد ورودی های سیستم بررسی می گردد. در نهایت نیز دو الگوریتم دوگان در طراحی این کنترل کننده بر اساس ورودی ها و خروجی های سیستم به ترتیب با استفاده از تعاریف فیدبک حالت مرتبه کاهش یافته و رویتگر حالت مرتبه کاهش یافته ارایه می شود.

همگام با پیشرفت علم سازه در ساخت ساختمان های بلند مرتبه و پل های با دهانه وسیع بحث کنترل ارتعاشات این ساز ه ها در اثر بارگذاری های احتمالی نیز مطرح شده است. کم کم مبحث کنترل ارتعاشات مکانیکی-سازه ای از مهندسی سازه و مکانیک به مهندسی کنترل وارد شد و تعدادی از پژوهش گران را به خود جلب کرد. در این پایان نامه کنترل ارتعاشات یک تیر یک سرگیردار کامپوزیت هوشمند، شامل یک لایه الاستیک در هسته و دو لایه پیزوالکتریک در سطوح بیرونی هسته به عنوان حسگر و به کاراندازنده، مورد توجه قرار گرفته است. برای دستور بندی روابط میدان جابجایی-کرنش و معادلات ساختاری تنش مسطح هسته تیر و لایه های پیزوالکتریک در سطوح بیرونی، از تیوری کلاسیک سینماتیکی اویلر-برنولی استفاده شده است. برای مدل سازی عددی تیر کامپوزیت هوشمند و به دست آوردن پارامترهای معادله های حرکت ارتعاش سازه ای، ماتریس های جرم وسختی، از روش اجزای محدود بهره گرفته شده است. در طول این روش دو درجه آزادی الکتریکی لایه های پیزوالکتریک حسگر و به کاراندازنده، به همراه درجات آزادی مکانیکی یک عنصر محدود، به عنوان درجات آزادی کل یک عنصر محدود از سازه در نظر گرفته شده است. پارامترهای ماتریس میرایی از روش میرایی ری لی به دست می آید. کنترل ارتعاشات این سازه بر پایه بر هم کنش الکترومکانیکی لایه های پیزوالکتریک، یعنی اثر مستقیم و اثر وارون ماده پیزوالکتریک، مطرح شده است. در ادامه، موضوع دینامیک های مدل نشده سازه و آسیب های احتمالی به سازه در طول زمان و در نتیجه وجود نامعینی هایی در پارامتر های سیستم سازه ای، جرم،سختی و میرایی، مطرح می شود. برای مدل سازی این نامعینی های پارامتری از تکنیک تبدیل کسری خطی استفاده می شود. پس به منظور جلوگیری از ناپایداری سیستم حلقه بسته بر اثر نامعینی های ساختاریافته و هم چنین کاهش اثر اغتشاشات (بارگذاری خارجی) روش سنتز µ برای طراحی کنترل کننده پیشنهاد شده است. به منظور تأکید برلزوم مدل سازی نامعینی، ابتدا طراحی کنترل کننده h? بر روی یک تیر نامی که به طور کامل با لایه های پیزوالکتریک پوشانده شده است، و نتایج شبیه سازی آن بر روی مدل تیر نامعین و در مرحله دوم طراحی کنترل کننده پیشنهادی بر روی مدل تیر واقعی و نتایج شببه سازی آمده است. در پایان هم با قراردادن دو قطعه لایه پیزوالکتریک در سطوح بالایی و پایینی هسته یکی از عناصر محدود در نزدیکی فونداسیون طره ای تیر، چگونگی کنترل ارتعاش در این حالت به طور خلاصه بررسی شده است.

مدلِ بسیاری از سیستم های پیچیده ی صنعتی، بصورت کامل شناخته نشده است و به همین دلیل طراحی کنترل کننده برای آنها با مشکل مواجه است. این سیستم ها سال های زیادی تحت نظارت اپراتورها، بصورت راضی کننده ای کار کرده اند ولی در مواردی لازم است آنها بطور کامل اتوماتیک شوند. از طرفی، هزینه ی مدلسازی و شناسایی این سیستم ها و طراحی سیستم های کنترلی کامپیوتری توسط روش های معمول، بسیار بالا خواهد بود. از آنجایی که کنترل کننده ی فازی را می توان بدون دانستن مدل ریاضی و بر پایه ی قوانینی که از تجربیات متخصصین بدست می آیند طراحی کرد، این نوع کنترل کننده ها کاربرد زیادی در سیستم های پیچیده ی دارای تأخیر و یا غیرخطی پیدا کرده اند. اینکه چطور می توان تجربیات متخصصین را به قوانین کنترلیِ فازی تبدیل کرد، موضوع مهمی در طراحی کنترل کننده های فازی و شناسایی سیستم ها به روش فازی است. تیوری مجموعه های rough یک الگوریتم جدید برای استخراج مستقیم قوانین فازی از داده های مشاهده شده می باشد. برای کاهش حجم محاسبات، با استفاده از این تیوری می توان مجموع? مینیمالِ وابستگی های بین اندازه گیری ها و فعالیت های کنترلیِ قبلی و فعلی را بدست آورد. مجموعه های فازی و rough هردو، تیوری هایی برای برخورد با مسایل دارای ابهام هستند که می توانند تکمیل کننده های خوبی برای یکدیگر باشند. اخیراً محققین روی ترکیب این دو تیوری نیز تحقیقاتی انجام داده اند که نتیج? آن نیز مجموعه های fuzzy-rough می باشند، لذا نحو? ترکیب rough sets با تیوری های مختلف جهت رویارویی با ابهام، زمین? با ارزشی برای تحقیق بیشتر می باشد. بعلاوه استفاده از این مجموعه های جدید در شناسایی سیستم ها و طراحی کنترل کننده ها نیز از کاربردهای بسیار مفید این تحقیق می باشد. در این پروژه نیز با استفاده از تیوری مجموعه های rough و همچنین ترکیب آن با مجموعه های فازی یعنی مجموعه های fuzzy-rough، قوانین کنترلی و مدلِ بر پایه ی قانونِ یک سیستم نمونه، از حجم وسیعی از داده های ورودی-خروجیِ آن سیستم، استخراج شده است. بعلاوه نشان داده شده که کارایی کنترل کننده ی بر پایه ی قوانین بدست آمده نسبت به کنترل کننده ی قبلی بهبود یافته و در برخورد با اغتشاش نیز مقاوم تر عمل می کند. بدین وسیله کاربرد مجموعه های rough و ترکیب آن با مجموعه های فازی، در کنترل و شناسایی سیستم ها نشان داده شده است.

در این پایان نامه، کنترل بهینه موتورهای سنکرون مغناطیس دایم از نوع داخلی با در نظر گرفتن تلفات و براساس سه استراتژی کنترلی غیر خطی مورد بررسی قرار می گیرد. در همه مراحل این پایان نامه بر پایه تیوری کنترل خطی سازی با فیدبک ورودی – خروجی تطبیقی یک کنترل کننده جهت تعیین بردار فضایی ولتاژ مرجع فرمان دهنده به اینورتر سه فاز svm (space vector modulation) دو سطحی طراحی می گردد. این کنترل کننده برای پایدار نمودن سیستم کنترل درایو نسبت به تغییر پارامترها و اغتشاش گشتاور بار مورد استفاده قرار می گیرد. در ضمن توسط روش حداقل مربعات بازگشتی پارامترهای موتور به صورت به هنگام تخمین زده می شوند. در بخش اول، استراتژی ماکزیمم گشتاور به جریان و با در نظر گرفتن تلفات برای موتور مغناطیس دایم داخلی مد نظر می باشد. در بخش بعدی کنترل برداری موتور مغناطیس دایم داخلی با در نظر گرفتن مقاومت تلفات آهن انجام می شود و در نهایت کنترل مستقیم گشتاور به همراه بهینه سازی توان برای موتور مغناطیس دایم داخلی مورد نظر می باشد. در پایان با یک تخمین گر لغزشی سرعت و زاویه تخمین زده می شود. استراتژی کنترل پیشنهادی طی شبیه سازی کامپیوتری مورد آزمایش قرار می گیرد و نتایج به دست آمده به خوبی پایداری و مقاوم بودن سیستم درایو را نسبت به همه نامعینیهای الکترو مکانیکی سیستم درایو نشان می دهد.

سیستم های تاخیردار با وجود تاخیر در ورودی یکی از انواع سیستم های رایج در صنایع هستند. وجود تاخیر ذاتی در سیستم، در انتقال سیگنال و یا در اعمال فرمان کنترل، همه از عوامل ایجاد تاخیر در ورودی سیستم ها هستند. تلاش های زیادی در جهت طراحی یک کنترل کننده مناسب برای اینگونه سیستم ها صورت گرفته است. عقب افتادگی زمانی ورودی نسبت به سیستم، طراحی کنترل کننده برای این سیستم ها را دشوارتر نموده است. برای مرتفع ساختن این موضوع پیشنهادهای مختلفی ارایه گردیده است. یکی از مهمترین این پیشنهادات، ارایه یک مدل پیشگو است که بتواند سیستم را پیشگویی نماید. در این صورت کنترل کننده می تواند با استفاده از این مدل، عقب افتادگی زمانی ورودی را جبران نماید. مدل های مختلفی برای طراحی این مدل پیشنهاد گردیده است. مهمترین این مدل ها، مدل آرتستین است که اکثر طراحان دیگر نیز اساس طراحی مدل خود را بر اساس آن بنا نهاده اند. امااین مدل نیز بنوبه خود کمبودهایی دارد و مثال های نقضی بر پایداری آن وجود دارد. در این پایان نامه مدلی جهت پیشگویی سیستم ارایه گردیده است که بر اساس مشاهده گر بنا شده است. اثبات می گردد که خطای تعریف شده برای این مدل به صورت مجانبی به سمت صفر میل می نماید. این مدل در حالات مختلف مورد بررسی قرار گرفته است و تغییرات لازم برای هر سیستم لحاظ گردیده است. همچنین با استفاده از این مدل کنترل کننده ای معرفی گردیده و پایداری سیستم حلقه بسته اثبات می شود.

چکیده در این پروژه به بررسی سیستم های خطی با فیدبک پاره ای کوانتیزه پرداخته می شود. ابتدا سیستم های با فیدبک پاره ای کوانتیزه به صورت سیستمی تعریف می شوند که در این سیستم ها برخی از مولفه های فیدبک به صورت کوانتیزه شده و بقیه آن ها به صورت کوانتیزه نشده به کنترل کننده داده می شوند. نواحی کوانتیزه به صورت مکعبی فرض شده اند. نشان داده می شود که کنترل کننده می تواند با مشاهده مولفه های کوانتیزه نشده، ابرصفحه ای متحرک با زمان را در فضای مولفه های کوانتیزه شده بدست آورد به طوری که مقدار دقیق مولفه های کوانتیزه شده بر روی این ابرصفحات قرار بگیرد. با استفاده از ناحیه اشتراک این ابرصفحه و ناحیه کوانتیزه و حل یک مسأله min-max می توان تخمین بهتری برای مولفه های کوانتیزه بدست آورد. برای محاسبه این تخمین، ابتدا الگوریتمی برای یافتن نقاط فرین ناحیه اشتراک مذکور ارایه می شود و سپس نشان داده می شود که مسأله یافتن تخمین، معادل با مسأله یافتن مرکز کوچکترین دایره محیطی مجموعه ای از نقاط است که آن ها را می توان با استفاده از نقاط فرین ناحیه اشتراک و خصوصیات سیستم بدست آورد. از دیدگاه نظری اثبات می شود که اگر از این تخمین در کنترل کننده خطی استفاده شود، نتایج بهتری نسبت به استفاده مستقیم از مقادیر کوانتیزه شده حاصل می شود و می توان ناحیه نامتغیر کوچکتری را حول مبدأ بدست آورد. این مطلب در شبیه سازی ها نیز نشان داده می شود.

بالگرد، سیستم پیچیده ای است و از المان های مختلفی تشکیل شده است که ارتباط تنگاتنگی باهم دارند. وجود هرگونه عیبی در ساختار این مجموعه، می تواند باعث به وجود آمدن مسائل و مشکلات متعددی از قبیل صدمات اقتصادی و انسانی گردد. بنابراین لزوم طراحی مکانیزمی جهت تشخیص عیوب برای انجام اقدامات بعدی بسیار مورد نیاز است. روش های مختلفی برای طراحی واحد تشخیص عیب برای بالگرد پیشنهاد شده است که تمرکز این پایان نامه بر روی طراحی این واحد بر اساس ایده ی رویتگرهای حالت می باشد. اساس استفاده از رویتگر در طراحی واحد تشخیص عیب، وجود مدل دینامیکی بالگرد می باشد. اغلب کارهای صورت گرفته در زمینه تشخیص عیب در بالگرد مبتنی بر مدل های خطی و غیرخطی با تعداد درجات آزادی محدود هستند. بنابراین یک مدل کامل با بیشترین درجه آزادی در نظر گرفته شده است. در این پایان نامه برای کنترل و پایدارسازی بالگرد از روش گام به عقب استفاده شده است. این روش کنترلی، ردیابی کراندار متغیرهای حالت بالگرد را در حضور نامعینی های این سیستم تضمین می کند. وجود نامعینی ها در ساختار بالگرد، روند تشخیص عیب را دچار مشکلاتی می کند که برای فائق آمدن بر این مشکلات از آستانه-گذاری تطبیقی استفاده شده است. واحد تشخیص عیب طراحی شده در این پایان نامه جهت بررسی وقوع عیب در مدار محرک های فلپ به کار گرفته شده است. نوع مدل به دست آمده برای عیب به صورت عیوب افت عملکردی یا عیوب ضرب شونده می باشد. برای پیدا کردن محل وقوع عیب از رویکرد رویتگر تعمیم یافته بهره گرفته شده است. به دلیل وجود متغیرهای حالت متعددی که می توانند نمایانگر وقوع عیب باشند، در اینجا از تعداد محدودی از آن ها برای آشکارسازی و محل یابی عیوب استفاده شده است.

وابستگی مستقیم زندگی بشتر امروز به انرژی الکتریکی واقعیتی انکار ناپذیر وغیر قابل تردید بوده و قطع جریان انرژی الکتریکی حتی برای چند ثاتیه منجر به خسارات و زبان های غیرقابل برگشت می گردد. بنابراین قابلیت اطمینان سیستم های قدرت بمعنای تضمین تولید انتقال و توزیع بدون وقفه انرژی الکتریکی با کیفیت مطلوب مهمترین هدف در طراحی نصب و بکارگیری سیستم های قدرت الکتریکی می باشد. جهت تضمین این قابلیت انعطاف حاشیه های امنیت مناسب در نظر گرفته می شوند. بزرگ بودن این حاشیه های امنیت بنوبه خود باعث افزایش هزینه های نصب و بهره برداری از سیستم های قدرت می شود. یکی از چالشهای جدی که با توجه به میرایی ناچیز سیستم های قدرت می تواند بطور مخاطره آمیزی حاشیه امنیتی سیستم های قدرت را کاهش داده و نجر به کاهش ظرفیت قابل استفاده خطوط انتقال افزایش ریسک ناپایداری و خرابی تجهیزات مکانیکی شود امکان بروز و تداوم نوسانات توان با فرکانش کم در این سیستم ها می باشد. جهت بهره برداری ایمن از یک سیستم قدرت و حفظ حاشیه امنیت پایداری آن بایستی این گونه نوسانات در سریعترین زمان ممکن مستهلک شده و بعبارت دیگر میرای سیستم قدرت توسط ابزارهای جانبی و کنترل کننده های مناسب افزایش داده شود. یکی از ادوات facts که کارایی آن در بهبود میرایی نوسانات توان به ثبوت رسیده است جبران کننده استاتیکی سری سنکرون sssc می باشد. در بیشتر تحقیقات انجام شده در زمینه کنترل sssc جهت افزایش میرایی سیستم از روشهای کنترل کلاسیک خطی استفاده شده است. با توجه به این واقعیت که تغییرات دائمی شرایط کار از ویژگیهای ذاتی سیستم های قدرت است این کنترل کننده های چند متغیره و غیرخطی برای کنترل sssc با هدف بهبود میرایی نوسانات الکترومکانیکی پیشنهاد شده اند. ابتدا سیستم قدرت مجهز به sssc بصورت یک سیستم چند متغیره غیرخطی مدل شده است. در این مدلسازی اثر تداخل متغیرهای sssc و همچنین اثردینامیکی خازن dc متصل به sssc در نظر گرفته شده اند. سپس براساس مدل بدست آمده یک کنترل کننده چند متغیره مقاوم در حوزه فرکانس برای افزایش میرایی نوسانات توان توسط sssc پیشنهاد شده است. در مراحل طراحی این کنترل کننده اثر تداخل متغیرها با یکدیگر حداقل شده است. در ادامه این تحقیق مدل غیرخطی و چند متغیره بدست آمده به یک کلاس خاص از سیستم های غیرخطی معروف به input affine که در طراحی انواع کنترل کننده های مدرن کاربرد دارد تبدیل شده است. توصیف یک سیستم قدرت مجهز به یکی از ادوات facts مبتنی بر کانورتر به فرم input affine برای اولین بار در این رساله انجام شده است. آنگاه یک کنترل کننده چندمتغیره غیرخطی برای کنترل sssc پیشنهاد شده است. این کنترل کننده غیرخطی بااستفاده از روش فیدبک خطی ساز چندمتغیره مبتنی بر تئوری کنترل هندسه دیفرانسیلی طراحی شده و برای بهبود میرایی نوسانات توان و همچنین نثبیت ولتاژ خازن dc متصل به sssc بکارگرفته شده است. نتایج بدست آمده کارایی مطلوب کنترل کننده های پیشنهادی را برای بهبود میرایی سیستم و همچنین مقاوم بودن آنها را در مقابل تغییرات شرایط کار نشان داده اند. با توجه به اینکه بکارگیری sssc در کنار سایر کنترل کننده های میرایی در یک سیستم قدرت بدون توجه به هماهنگی بین آنها می توان موجب ناکارآمدی این تجهیرات در شرایط کار همزمان گردد در ادامه این رساله یک روش کنترل چند متغیره برای طراحی هماهنگ و بکارگیری همزمان کنترل کننده های میرایی مبتنی بر sssc و pss پیشنهاد و بکار گرفته شده است.

فرآیندهای چندمتغیره بخش قابل توجهی از صنایع مختلف از قبیل صنایع شیمیایی، پالایشگاهها، خودروسازی و هوافضا را تشکیل داده اند. بیشتر این فرآیندها دارای تاخیر زمانی نیز می باشند. ذات پیچیده و غیرخطی این گونه سیستمها و تداخل بین حلقه های مختلف آنها باعث شده که کنترل فرآیندهای چندمتغیره تاخیردار به یکی از مباحث چالش بر انگیز مهندسی کنترل تبدیل شود. اگرچه در گذشته روشهای مختلفی برای کنترل این فرآیندها ارائه شده است، ولی از آنجایی که کنترل کننده های pid پرطرفدارترین کنترل کننده ها در صنعت می-باشند، در این پایان نامه سعی شده است با استفاده از این نوع کنترل کننده، روشی برای کنترل سیستمهای ذکر شده ارائه شود. با آنکه قبلا نیز تحقیقات متعددی در مورد کنترل کننده های pid برای سیستمهای siso صورت گرفته است، ولی به کنترل کننده های mimopid کمتر پرداخته شده است. علاوه بر این، با توجه به غیرخطی بودن کنترل فازی و توانایی آن در کنترل مطلوب سیستمهای مختلف، در این تحقیق، پس از طراحی کنترل کننده pid، از کنترل فازی برای بهبود عملکرد سیستم نهایی استفاده شده است. از روش کنترل دو مرحله ای pid فازی که قبلا برای سیستمهای تک حلقه ای مورد استفاده قرار گرفته بود، در اینجا برای کنترل سیستمهای چندحلقه ای استفاده شده است. شش پیکربندی مختلف pid فازی که توانایی اجرای این نوع کنترل را دارند مورد بررسی قرار گرفته اند و روابط لازم برای اجرای این روش، برای هر یک از شش پیکربندی، به دست آمده است. علاوه بر این، با توجه به چهار معیار مستقل از فرآیند، توانایی این شش پیکربندی با یکدیگر مقایسه شده و بهترین آنها انتخاب شده است. در مرحله اول، بهره های خطی کنترل کننده pid فازی، که در واقع ضرایب pid می باشند، طراحی شده اند. برای این کار، دو روش مختلف ارائه گردیده است. در روش اول برای حل مشکل بُعد بی نهایت جمله تاخیر زمانی، یک روش جدید ارائه شده است و در روش دوم با استفاده از ایده های طراحی مبتنی بر نایکوئیست و اصلاح آنها برای سیستمهای تاخیردار و چندمتغیره، یک روش جایابی قطب غالب با توانایی کاهش تداخل بین حلقه ها معرفی شده است. در هر دو روش با استفاده از دکوپله کننده های استاتیکی و دینامیکی، حلقه های مختلف سیستم از یکدیگر دکوپله شده اند. عملکرد مطلوب روشهای ارائه شده در کنترل فرآیندهای مختلف و توانایی آنها در حذف اختلال و نویز به وسیله مثالها و شبیه سازیهای متعدد نشان داده شده است. اخیرا دو معیار برای ارزیابی توانایی کنترل کننده های فازی در تولید توابع غیرخطی متفاوت معرفی شده است. بر اساس این دو معیار، شش کنترل کننده فازی با سیستمهای استنتاج و توابع عضویت مختلف با یکدیگر مقایسه شده اند و مناسب ترین آنها برای انجام مرحله دوم طراحی مورد استفاده قرار گرفته است. تنظیم پارامترهای غیرخطی فازی با استفاده از قواعد تجربی انجام گرفته است. سرانجام با انجام شبیه سازی کامپیوتری کنترل یک فرآیند گرمایش خاک، نشان داده شده است که کنترل کننده نهایی، عملکرد مطلوبی در کنترل سیستمهای چندمتغیره تاخیردار دارد. برتری عملکرد این کنترل کننده بر یکی از روشهای معروف طراحی کنترل کننده برای سیستمهای ذکر شده، در شبیه سازیها نشان داده شده است. ضمنا کنترل کننده ارائه شده علاوه بر عملکرد مناسب، در عمل نیز به راحتی قابل پیاده سازی می باشد

با توجه به این که در سیستم های صنعتی وقوع fault ممکن است منجر به خرابی کالا، خرابی دستگاه، افت عملکرد و یا تلفات جانی شود، شناسایی و تشخیص به موقع fault و همچنین جبران سازی آن از اهمیت کاربردی بسیار بالایی برخوردار می باشد. عمده ی سیستم های صنعتی را سیستم های غیر خطی و هایبرید با ورودی ها یا حالت های ناهمگون تشکیل می دهند. بنابراین شناسایی fault در این سیستم ها و تلاش برای جبران اثرات آن به کمک کنترل کننده های با قابلیت سازش پذیری با fault با دقت بالا دارای اهمیت می شود. از سوی دیگر، غالب سیستم های عملی دارای تأخیر هستند. در این سیستم ها تأخیر ممکن است در ورودی، خروجی و یا حالت سیستم وجود داشته باشد. وجود تأخیر در این سیستم ها روند شناسایی fault و کنترل سیستم را با مشکلاتی روبرو می کند. در این پایان نامه قصد داریم مسئله ی تشخیص fault و جبران سازی آن را در سیستم های چند ورودی- چند خروجی با ورودی های ناهمگون تأخیردار مورد بررسی قرار دهیم. الگوریتم های شناسایی و تشخیص fault با تولید سیگنال های مانده قادر به تشخیص fault ها می باشند، اما در مواردی که مانده های حاصل از چند fault به هم نزدیک باشد در تشخیص نوع fault اب مشکلاتی روبه رو می شود. بدین منظور با عبور مانده های نزدیک به هم از فیلتر لاگوئر و به دست آوردن ضرایب لاگوئر آن ها، به منظور تشخیص fault مانده های بیشتری در اختیار داشته و نوع fault بهتر تشخیص داده می شود. همچنین به منظور کنترل سیستم غیرخطی در شرایط وقوع fault های مختلف، از کنترل کننده ی سازش پذیر با fault با ساختار تجدیدپذیر استفاده شده است. این کنترل کننده که قابلیت مدیریت افزونگی سخت افزاری را دارد به کمک الگوریتم های گوناگونی قابل پیاده سازی است. در این پایان نامه از الگوریتم کنترل تطبیقی جهت کنترل سیستم استفاده شده است. یکی از الگوریتم های متعارف در کنترل تطبیقی، الگوریتم کنترل تطبیقی مدل مرجع می باشد. این الگوریتم به کمک مدلی که از سیستم در اختیار دارد، عملیات کنترل را به منظور ردیابی مدل مرجع انجام می دهد. بنابراین شناسایی دقیق مدل سیستم در این روش از اهمیت خاصی برخوردار است. یکی از موثرترین روش های شناسایی سیستم های غیرخطی استفاده از توابع پایه است. در این پایان نامه از توابع لاگوئر که از پرکاربردترین توابع پایه در کنترل هستند به منظور مدل کردن سیستم غیرخطی استفده شده است. برهمین اساس الگوریتم کتنرل تطبیقی مدل مرجع مبتنی بر توابع لاگوئر پیشنهاد شده است. در حالتی که سیستم دارای ورودی و خروجی برابر است پایداری الگوریتم به کمک طراحی تابع لیاپانف اثبات شده است. در شرایطی که تعداد ورودی های سیستم بیشتر از خروجی های آن است نیز الگوریتم کنترلی پیشنهاد شده که کارآیی آن در شبیه سازی ها نشان داده شده است. در انتها نیز الگوریتم های پیشنهادی جهت شناسایی fault و کنترل سیستم غیرخطی تأخیردار، در سیستم سه تانک شبیه سازی شده است. از نتایج شبیه سازی استنباط می شود که الگوریتم کنترل تطبیقی مدل مرجع مبتنی بر توابع لاگوئر در برابر عدم قطعیت پارامترهای مدل از خواص مقاومی برخوردار باشد.

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 دو دهه ی گذشته سیستم های سوئیچ اهمیت فراوانی هم در مدل سازی و هم در طراحی کنترل کننده ها یافته اند. همانند سایر سیستم های کنترل، بررسی پایداری و بهره ی l_2 در تحلیل این سیستم ها جایگاه ویژه ای دارند، اگر چه این تحلیل ها برای سیستم های سوئیچ دارای پیچیدگی های بسیار وسیع تر است. به عنوان مثال، یک سیستم سوئیچ شامل دو زیرسیستم پایدار می تواند ناپایدار باشد. بخشی از پایان نامه ی حاضر به بررسی کاربردهای سیستم های سوئیچ، انواع آن ها، و رفتارهای گوناگونی که این سیستم ها ممکن است از خود نمایش دهند اختصاص یافته است. در ادامه پایداری و بهره ی l_2 برای سه دسته ی عمده ی سیستم-های سوئیچ که عبارتند از دلخواه، وابسته به زمان و وابسته به حالت، بررسی می شوند. آنالیز سیستم های سوئیچ دلخواه به کمک تابع لیاپانوف مشترک، و سیستم های سوئیچ وابسته به زمان و وابسته به حالت به وسیله ی توابع لیاپانوف چندگانه انجام می گیرد. سیستم های سوئیچ وابسته به حالت اهمیت ویژه ای به خصوص در طراحی الگوریتم های سوئیچ پایدارساز دارد. در این پایان نامه، تکنیک تابع ناحیه ای حداکثر به عنوان یک الگوریتم رایج پایدارسازی سیستم های سوئیچ با زیرسیستم های مشخص، معرفی و سپس مشکلات آن تشریح و در ادامه یک روش جایگزین ارائه می شود. علاوه بر این، به کمک توابع لیاپانوف چندگانه یک شرط کافی جهت محاسبه ی بهره ی l_2 و نیز الگوریتم سوئیچی که بتواند پایداری l_2 را در یک سیستم سوئیچ با زیرسیستم های معیّن تأمین کند استخراج گردیده است. محاسبه ی توابع لیاپانوف در سیستم های کنترل همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است. در سیستم های سوئیچ بسیاری از تحقیقات صورت گرفته برای محاسبه ی توابع لیاپانوف منحصر به سیستم های سوئیچ خطی می-باشد. در قسمت دیگری از این پایان نامه با استفاده از روشی موسوم به روش مجموع مربعات قضایایی جهت تعیین توابع لیاپانوف برای دسته ای خاص از سیستم های سوئیچ غیر خطی ارائه و اثبات شده است.

هدف از کنترل بهینه یافتن یک قانون کنترل برای سیستم دینامیکی می باشد، که علاوه بر تضمین پایداری سیستم، یک تابع هزینه را که بر روی حالات و ورودی های سیستم تعریف می شود؛ مینیمم کند. حل مسئله کنترل بهینه در سیستمهای غیرخطی منجر به حل یک یا دو معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی خواهد شد که حل آن جز در حالتهای خاص، پیچیده و گاه غیر ممکن می باشد. از این رو محققین به دنبال روشها و قوانین کنترلی بوده اند که علاوه بر پایدارساختن سیستم دینامیکی و نزدیکی به ورودی بهینه، طراحی ساده تری داشته باشند. یکی از این روشها استفاده از کنترل بهینه معکوس می باشد که هدف آن ساختن یک تابع هزینه براساس یک ورودی پایدار ساز است. از طرفی در تمامی سیستمهای فیزیکی ورودیها دارای قیودی، از جمله کراندار بودن ورودی و یا محدود بودن توان؛ هستند. عدم توجه به این محدودیتها در طراحی کنترل کننده می تواند منجر به ناپایداری سیستم گردد. بنابراین لازم است از روشی استفاده شودکه امکان طراحی کنترل کننده پایدارساز با توجه به قیود موجود بر روی ورودیها را فراهم کند. همچنین با استفاده از قانون کنترل بدست آمده از این روش بتوان مسئله بهینه معکوس را حل کرد. استفاده از تابع کنترل لیاپانوف سیستم در طراحی قانون کنترل پایدارساز، یکی از این روشها می باشد. اگرچه استفاده از تابع کنترل لیاپانوف در سیستمهای affine، برای طراحی کنترل کننده پایدارساز مورد توجه بوده است، اما در سیستمهای nonaffine، کمتر مورد بررسی قرار گرفته اند. از آنجا که سیستمهای nonaffine مربعی دسته ی وسیعی از سیستمهای غیرخطی را شامل می شوند، در این پایان نامه سیستمهای nonaffine مربعی با ورودیهای مقید بررسی می شود. ابتدا اشکالات روش های موجود در طراحی قانون کنترل پایدارساز با استفاده از تابع کنترل لیاپانوف سیستم مشخص می شود و برای رفع آنها روشهایی پیشنهاد می گردد. سپس با استفاده از تابع کنترل لیاپانوف سیستم و مفاهیم جبرخطی، روش جدیدی برای یافتن قانون کنترل پایدارساز پیوسته در سیستمهای nonaffine مربعی با ورودیهای مقید در حالت کلی، پیشنهاد می گردد. در ادامه مسئله کنترل بهینه معکوس در این دسته از سیستمها حل می شود. شرایط لازم بر روی ورودیهای پایدارساز، جهت حل مسئله بهینه معکوس در سیستمهای nonaffine مربعی بدست می آید. آن گاه با استفاده از قانون کنترل پایدارساز پیشنهادی، مسئله کنترل بهینه معکوس حل می شود. در انتها نیز با استفاده از قانون کنترل پیوسته و پایدارساز پیشنهادی، کنترل کننده ای برای سیستم آزمایشگاهی تعلیق مغناطیسی طراحی و پیاده سازی می گردد و از عملکرد صحیح روش پیشنهادی هم در شبیه سازی و هم به صورت عملی اطمینان حاصل می شود و نتایج بدست آمده، با روشهای دیگر مقایسه می شود.

در سالهای اخیر روش کنترل اچ بینهایت توجه زیادی را بخود جلب کرده است . هدف این روش طراحی کنترل کننده ای است که علاوه بر تامین پایداری ، بهره ‏‎l2‎‏ از یک سیگنال خارجی به خروجی تحت کنترل را کاهش دهد. سیگنال خارجی در حالت کلی می تواند شامل سیگنال اغتشاش ، سیگنال مرجع و نامعینی موجود در مدل سیستم باشد. در حالیکه این روش برای سیستم های خطی تا حد زیادی توسعه یافته است تعمیم آن به سیستم های غیرخطی هنوز به عنوان یک مبحث جدید تحقیقاتی مطرح است . در این رساله ضمن بررسی جامع تئوری اچ بینهایت غیرخطی ، بر حل مساله کنترل اچ بینهایت برای چند دسته از سیستمهای غیرخطی متغیر با زمان تاکید می شود و نتایج جدیدی در ارتباط با آن ارائه می گردد.