در این پایان نامه، روش جدیدی به منظور پایدار سازی زمان محدود دسته ای از سیستم های غیر انتگرال پذیر کامل که قابل تبدیل به فرم زنجیره ای می باشند ارائه شده است. در این روش با استفاده از ساختار دو خطی فرم زنجیره ای ابتدا فرم زنجیره ای به دو زیر سیستم تجزیه شده است و سپس با استفاده از تکنیک مود لغزشی ترمینال tsm، یک قانون غیر پیوسته به منظور پایدار سازی در زمان محدود به دست آمده است. از مزایای مهم این روش، تضمین ناتکین بودن سیگنال کنترلی و هم چنین رساندن متغیرهای حالت سیستم به نقطه تعادل در زمان محدود می باشد. به منظور کاهش مدت زمان رسیدن به نقطه تعادل با استفاده از کنترل کننده مود لغزشی ترمینال دو روش به کار رفته است. در روش اول کنترل کننده مود لغزش سریع ftsm، برای فرم زنجیره ای سیستم غیر انتگرال پذیر کامل طراحی شده است. در روش دوم با استفاده از الگوریتم ژنتیک پارامترهای موجود در کنترل کننده tsm به گونه ای تنظیم شده است که مدت زمان رسیدن متغیرهای حالت سیستم به نقطه تعادل مینیمم شود. شبیه سازی های صورت گرفته بر روی ربات چرخ دار differential drive و ماشین با یک تریلر کارایی روش هایی مورد بحث را نشان می دهد.

کمپرسورها دستگاههای دواری هستند که به منظور افزایش فشار در موتورهای توربو جت، توربین های گازی، توربور شارژها، انتقال گازها و دیگر موارد کاربرد دارند. محدوده کاری کمپرسورهای سانتریفیوژ توسط پدیده مخرب و ناپایداری به نام سرج محدود می شود. سرج باعث نوساناتی ناخواسته در دبی کمپرسور می شود که موجب آسیب رساندن به آن می شود. عمده ترین آسیبها شامل شکستن پره ها (در توربین های گازی) ، بازگشت دبی به ورودی کمپرسور، بالا رفتن دمای داخلی کمپرسور و لرزش در بدنه آن می باشد. این پایان نامه کاربرد کنترل غیرخطی بر مبنای قوانین لیاپانوف برای کنترل پدیده ناپایدار سرج در کمپرسورهای سانتریفیوژ با سرعت ثابت را ارائه می دهد . مدل استفاده شده در این پایان نامه، مدل معروف مور-گریتزر می باشد که پدیده ناپایدار سرج را توسط کنترل کننده های طراحی شده بر اساس معیار لیاپانوف و شبکه عصبی کنترل می کند. سیستم کمپرسور شامل کنترل ولوی به نام close coupled valve می باشد که در خروجی کمپرسور و ورودی مخزن هوای فشرده می باشد . استفاده از یک کنترل کننده موجب سهولت در طراحی و پیاده سازی و عیب یابی سیستم می شود.

کی از روش های قوی و موثر در پایدارسازی مقاوم سیستم ها، روش کنترل مد لغزشی می باشد. این روش بر روی سیستمهای عملی زیادی، با هدف رسیدن به کارایی مورد نظر اعمال شده است. در سال های اخیر نسخه گسسته زمان این روش نیز ارائه شده است. هدف ما در این پایان نامه، ارائه نسخه ای بهینه ازکنترل مد لغزشی برای سیستم های خطی گسسته زمان می باشد. در روش های کنترل مد لغزشی بهینه که پیش از این برای سیستم های گسسته زمان ارائه شده است، با در نظرگرفتن ساختاری خاص برای سیستم، کنترل کننده بهینه طراحی شده است. در این پایان نامه هدف آن است که نسخه مد لغزشی بهینه، بدون در نظرگرفتن هیچ گونه ساختار و قید خاص بر روی سیستم، برای سیستم های گسسته زمان توسعه داده شود. همچنین برای افزایش سرعت همگرایی متغیرهای حالت سیستم به مبدا، روش ارائه شده با روش کنترلی composite nonlinear feedback، ترکیب می شود. در نهایت با در نظرگرفتن اینکه در عمل همیشه تمام متغیرهای حالت سیستم در دسترس نیست، از روش fast output feedback برای تخمین متغیرهای حالت سیستم، استفاده شده است.

در این پایان نامه رویکرد جدیدی برای طراحی قانون هدایت موشک ارائه شده است، که بر فیزیک مساله تطابق داشته باشد و کارایی خوبی در مواجهه با اهداف با قابلیت مانور بالا داشته باشد. در این پایان نامه به طراحی قانون هدایت موشک به منظور برخورد با اهداف دارای قابلیت های مانور بالا (برای هر دو دسته موشک ها، دسته اول موشک های دارای بالک و دسته دوم موشک هایی که علاوه بر کنترل بالک دارای کنترل زاویه نازل سوخت نیز می باشند) پرداخته شد. در یک سناریوی موفق هدایت موشک که منجر به برخورد موشک به هدف در زمان قابل قبول می شود، رفتار پایدار برای متغیرهای حالت، مطلوب نمی باشد. رویکرد مطرح شده در طراحی قانون هدایت بر مبنای پایدارسازی زمان محدود جزئی از متغیرهای حالت سیستم است که تطابق فیزیکی آن با یک سناریوی هدایت موفق نشان داده شده است. در روند طراحی، بردار شتاب هدف به عنوان ورودی اغتشاشی در نظر گرفته شده و تنها باند بالای آن باید برای طراح معلوم باشد و لذا مانور هدف به هیچ فرم مشخص و از پیش تعیین شده ای محدود نشده است. کارایی قانون هدایت طراحی شده هم به لحاظ تئوری و هم توسط شبیه سازی نشان داده شده است. در فصل اول این پایان نامه، مقدمه ای از سیستم های هدایت و ضرورت طراحی قوانین هدایت جدید و کارآمد بیان شد. در فصل دوم، تعاریف سیستم هدایت بیان شد. در این فصل به تعریف حلقه های هدایت و کنترل پرداختیم. اجزای اصلی موشک، سیستم هدایت و روش های هدایت موشک، هدایت دو نقطه ای و سه نقطه ای مورد مطالعه قرار می گیرد. در فصل سوم مروری بر پژوهش های انجام شده در زمینه هدایت شد. ابتدا روش طراحی هدایت تناسبی مطرح شد. با توجه به اینکه این قوانین تنها برای موشک های بدون مانور و یا دارای مانور کم قابل استفاده است، رویکردهای موجود دیگری برای طراحی قانون هدایت نظیر قوانین کنترل بهینه و غیرخطی بیان می شود و در پایان معایب این روش ها مطرح گردید. در پایان فصل روش پایداری جزئی و روش پایداری زمان محدود بیان شد و با تلفیق این دو روش، رویکرد پیشنهادی در این پایان نامه، که مبتنی بر ایده پایدارسازی جزئی زمان محدود در طراحی قانون هدایت است، مطرح گردید. در فصل چهارم با استفاده از رویکرد مطرح شده، مساله هدایت موشک برای اهداف بدون مانور جهت دو نوع از موشک های دارای کنترل بالک و موشک های دارای کنترل بالک و کنترل نازل سوخت مطرح شد و کارایی روش پیشنهادی هم به صورت تئوری و هم به صورت شبیه سازی نشان داده شد. در فصل پنجم با استفاده از رویکرد پیشنهادی، مساله هدایت موشک برای اهداف دارای قابلیت مانور بالا جهت دو نوع از موشک های دارای کنترل بالک و موشک های دارای کنترل بالک و کنترل نازل سوخت مطرح شد. در روند طراحی قانون هدایت ارائه شده در این پایان نامه، مانور هدف به هیچ فرم مشخص و از پیش تعیین شده ای محدود نشده است؛ بلکه با در نظر گرفتن شتاب هدف به عنوان ورودی اغتشاشی در روند طراحی، کافی است که تنها باند بالای آن معلوم باشد و در طراحی قانون هدایت تنها این باند در نظر گرفته می شود. در انتها، کارایی روش پیشنهادی هم از لحاظ تئوری و هم توسط شبیه سازی نشان داده شد. هم چنین مطالب تکمیلی در زمینه های روش های هدایت تناسبی، قوانین کنترل بهینه، پایداری زمان محدود و جزئی و ایده باز طراحی لیاپانوفی در پیوست آمده است.

محدودیت های غیرهولونومیکی موجود در دوچرخه و مدل دینامیکی پیچیده ی آن، کنترل دوچرخه بدون سرنشین را مشکل ساخته است. در کنترل یک دوچرخه ی بدون سرنشین، ردیابی مسیر و پایداری رول به طور هم زمان لازم است. در این پایان نامه، ابتدا زاویه ی رول و مسیر حرکت به طور جداگانه و به تنهایی کنترل شده و نیاز به کنترل همزمان آن دو، مورد بررسی قرار می گیرد. سپس از روش پسگام برای پایدار سازی زاویه ی رول و همچنین دنبال نمودن یک ورودی مرجع متغیر با زمان استفاده می شود. پس از آن با استفاده از نتایج شبیه سازی به دست آمده و به دست آوردن مقادیر مطلوب متغیر فرمان به ازای زاویه ی های رول مختلف، رابطه مناسبی بین متغیر فرمان و زاویه ی رول با استفاده از شبکه-ی عصبی و بردازش نمودار تخمین زده می شود. در گام بعدی با اندازه گیری زاویه ی بین مکان دوچرخه و مسیر مورد نظر در هر لحظه، متغیر فرمان مطلوب جهت ردیابی مسیر به دست آورده می شود و با داشتن رابطه ی مناسب بین متغیر فرمان و زاویه ی رول، زاویه ی رول مطلوب جهت پیمودن مسیر از پیش تعیین شده به دست می آید. به این ترتیب با داشتن زاویه ی رول مطلوب جهت پیمودن مسیر حرکت، دوچرخه قادر خواهد بود علاوه بر حفظ تعادل، مسیر از پیش تعیین شده را نیز بپیماید. در مرحله ی بعد مقاوم سازی در برابر اغتشاشات خارجی مورد توجه قرار می گیرد. جهت مقابله با اغتشاشات خارجی وارد بر فرمان، علاوه بر افزودن سیستم دینامیکی رویتگر اغتشاش که استفاده از آن یک روش مرسوم در حذف اغتشاشات خارجی است، از روش غیر خطی باز طراحی لیاپانوفی نیز جهت مقاوم سازی کنترل کننده ی طراحی شده استفاده می شود. در انتها عملکرد مناسب روش ارائه شده با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری نشان داده می شود.

در این پایان‏نامه، سیستم های غیرخطی دارای عدم قطعیت در نظر گرفته می شود. آنالیزهای پایداری مقاوم بر اساس مفهوم پسیویتی، برای این دسته از سیستم ها در حضور عدم قطعیت های محوشدنی و محوناشدنی ارائه می گردد. بر اساس این آنالیزها، نواحی مشخصی بدست می آیند که سیستم دارای عدم قطعیت محوناشدنی، در آن ناحیه، پسیو مقاوم می باشد. علاوه بر این، قانون های کنترلی مقاومی برای سیستم های دارای عدم قطعیت-های سازگار با ورودی طراحی می شود. این کنترل کننده ها، بر اساس مفهوم پسیویتی و همچنین با استفاده از ترکیب دو روش پسیویتی و بازطراحی لیاپانوفی طراحی می گردند. طراحی قانون کنترلی مقاوم به وسیله ی ترکیب ایده ی پسیویتی و مد لغزشی موضوع بخش دیگری از این پایان نامه است. ایده ی جدیدی بر اساس مفهوم پسیویتی در طراحی سطح لغزش ارائه می شود. کنترل کننده های طراحی شده، پایداری مجانبی متغیرهای حالت سیستم های غیرخطی را در حضور عدم قطعیت های سازگار و ناسازگار با ورودی تضمین می-نمایند. برای این منظور، با پیشنهاد یک ساختار جدید در ترم اضافی روش بازطراحی لیاپانوفی، شرط پیوسته مشتق پذیری معادلات سطح لغزش برآورده می شود و همچنین پایداری مجانبی معادلات کاهش مرتبه یافته در حضور عدم قطعیت های ناسازگار با ورودی بدست می آیند. در نهایت، برای نشان دادن کاربردی بودن ایده های ارائه شده، این ایده ها در پایدارسازی مقاوم یک مساله عملی (پایدارسازی فضاپیما) به کار گرفته می شوند. دو مدل غیرخطی چند ورودی چند خروجی، برای فضاپیمای صلب و انعطاف پذیر در نظر گرفته می شوند. اغتشاش های خارجی و عدم قطعیت های مدل نیز در این معادلات فضای حالت مد نظر قرار داده می شوند. در نهایت، شبیه سازی های کامپیوتری برای اثبات صحت نتایج تئوری ارائه می گردند.

در این پایان نامه، یک الگوریتم بیزین تغییراتی توزیع شده مبتنی بر فیلتر consensus (cfbdvb) برای تخمین چگالی و دسته بندی داده های به دست آمده از یک شبکه سنسوری ارائه می گردد. فرض می شود که مقادیر اندازه گیری شده با استفاده از مدل های ترکیب گوسی مدل سازی شده اند. در این الگوریتم، ابتدا هر گره چکیده آماری محلی را تنها با استفاده از مشاهدات محلی خود محاسبه می کند. سپس یک فیلتر consensus ، چکیده آماری محلی را در گره های همسایه منتشر می کند و پارامترهای چکیده سراسری در هر گره محاسبه می شود. در نهایت هر گره با استفاده از پارامترهای چکیده سراسری، پارامترهای مدل ترکیب گوسی را به روز رسانی می کند که می تواند انرژی آزاد تغییراتی را به همان روش الگوریتم بیزین تغییراتی استاندارد ماکزیمم کند. نشان می دهیم که الگوریتم cfbdvb پیشنهادی یک تقریب تصادفی به الگوریتم بیزین تغییراتی استاندارد است. مقیاس پذیری و تحمل پذیری در برابر خطا دو مزیت مهم این الگوریتم می باشد. در ادامه این الگوریتم به نحوی اصلاح می شود که علاوه بر پارامترهای مدل ترکیبی، مرتبه ی آن نیز بطور همزمان تخمین زده می شود. عملکرد خوب این الگوریتم با استفاده از داده های شبیه سازی شده و همچنین داده های واقعی نشان داده خواهد شد.

شناسایی و مدلسازی یک لوپ صنعتی واقعی در این پروژه انجام شده است.ابتدا شناسایی به روش arx انجام گردیده که به علت عدم مطلوب بودن نتایج با استفاده از روش multiple model به نواحی قطعه ای خطی تبدیل گردیده و برای هر ناحیه شناسایی به روش arx انجام شده است.پس از ترکیب نواحی،برای انتخاب اینکه در هر زمان کدام ناحیه خروجی مورد نظر راتولیدکند.از توابع عضویت فازی استفاده شده است.برای طراحی کنترلر ابتدا به وسیله روش زیگلر- نیکولز ضرایب pid تنظیم شده است .سپس نتایج آن با ضرایب pid بهینه شده توسط الگوریتم ژنتیک مقایسه شده است.به عبارتی multiple controler pid استفاده شده است.در مرحله بعد یک کنترل کننده فازی مبتنی بر دانش افراد خبره واحد طراحی شده است و به مدل narx طراحی شده اعمال گردیده است. همچنین از multiple fuzzy controller استفاده شده و نتایج آن با حالت های قبل مقایسه شده است.

یکی از پدیده هایی که در بیشتر سیستم های فیزیکی رخ می دهد وجود ترم تأخیر است، لذا آنالیز پایداری و طراحی کنترل کننده در حضور تأخیر امری لازم و ضروری است. این پایان نامه، دسته ای از سیستم های مرتبه صحیح و کسری دارای تأخیر را در نظر گرفته و به بررسی روش های طراحی کنترل کننده های مرتبه کسری برای این سیستم ها می پردازد. پایان نامه در دو بخش تنظیم گردیده است. بخش اول رویکرد کاربردی دارد و به بررسی و آنالیز قضیه های ارائه شده در زمینه تحلیل پایداری و طراحی کنترل کننده های مرتبه کسری برای سیستم های مرتبه صحیح خطی و دارای تأخیر می پردازد. سپس روش های ارائه شده در طراحی کنترل کننده بر روی دو نمونه از سیستم های عملی (تانک کروی و روبات نیوکاستل کنترل شده با کنترل کننده تأخیر- زمانی ) پیاده سازی شده و نتایج شبیه سازی تجزیه و تحلیل می گردد. بخش دوم این پایان نامه که رویکردی تئوری دارد به ارائه تئوری های جدید در زمینه پایدارسازی مقاوم دسته ای از سیستم های مرتبه کسری تاخیری با فرض نامعلوم بودن مقدار تأخیر می پردازد. مسئله پایداری مجانبی سیستم های مرتبه کسری با تأخیر نامعلوم در متغیر حالت در دو حالت سیستم خطی نامی و سیستم غیرخطی شامل ترم-های عدم قطعیت و اغتشاش خارجی بررسی می شود. در این قسمت از پایان نامه، روشی جدید در طراحی قانون کنترل مد لغزشی مرتبه کسری ارائه شده است که مهم ترین مزیت آن، مستقل بودن از مقدار تأخیر می باشد. قانون کنترلی پیشنهاد شده، پایداری مجانبی مستقل از مقدار تاخیر را برای سیستم حلقه بسته، در دو حالت سیستم نامی مرتبه کسری و سیستم مرتبه کسری دارای عدم قطعیت در مدل و اغتشاشات خارجی، را تضمین می کند. مزایای روش های کنترلی ارائه شده با استفاده از شبیه سازی بر روی مثال های مختلف بررسی شده و نتایج شبیه سازی، کارایی مطلوب کنترل کننده های مرتبه کسری پیشنهادی را نشان می دهند.

در این پایان نامه، طراحی قانون هدایت مقاوم با رویکرد کاهش زمان رهگیری و کاهش انرژی مصرفی موشک ، پیشنهاد شده است.متغیرهای حالت در این مسئله، می توانند دارای سه رفتار از جمله پایداری، پایداری مجانبی و ناپایداری باشند. رویکرد پیشنهادشده موشک را برای رهگیری اهداف دارای مانور در یک زمان محدود توانمند می سازد. به درستی، انگیزه اصلی در این رویکرد، کاهش زمان رهگیری است و تحقق گرا بودن این رویکرد برای مسئله هدایت موشک نشان داده شده است.سرانجام، کارآیی قوانین هدایت نتیجه گیری شده برحسب زمان رهگیری و انرژی مصرفی، با کنترل جزئی مقاوم برمبنای پایداری جزئی توسط شبیه سازی های عددی مقایسه شده است.

در این پایان نامه، رویکرد پایدارسازی جزئی گسسته زمان، جهت طراحی یک قانون هدایت غیرخطی و مقاوم در برابر مانورهای هدف، به کارگرفته شده است. تاکنون پایدارسازی جزئی در حالت پیوسته زمان برای طراحی قانون هدایت به کار گرفته شده است. اما با توجه به پیشرفت های اخیر تکنولوژی، پیاده سازی کنترل کننده های دیجیتال پیچیده ممکن شده است. لذا بدین منظور ابتدا معادلات هدایت توسط روش گسسته سازی اویلر گسسته شده و سپس برای آن قوانین پایدارسازی جزئی در حوزه گسسته زمان طراحی می گردد. در پایدارسازی جزئی، سیستم حلقه بسته به لحاظ لیاپانوفی پایدار نیست اما با فیزیک مسئله هدایت تطابق داشته و برخورد موشک به هدف تضمین شده است.

در این پایان نامه، مسئله پایدارسازی زمان محدود در حضور عدم قطعیت و اغتشاش برای سیستم های غیرخطی مطرح می شود. هدف از این پایاننامه، طراحی کنترلکننده ای مقاوم بر مبنای روش مد لغزشی ترمینال، با فرض وجود دینامیک داخلی در سیستم است.