در این پایان نامه، پیاده سازی سیستم مجتمع شده ی gps/ins بر اساس یک سیستم سخت افزاری پیاده شده بر مبنای پردازنده ی dsp، tms320c6713(pyp) و fpga، spartan-3 xcs400-4pqg208c بصورت یک مینیمم برد low-cost جدید بهینه شده در دو لایه ارائه می کند. سیستم های ناوبری ins و gps دارای استفاده های وسیعی در کاربردهای ناوبری و موقعیت یابی دارند. ترکیب کردن این دو سیستم در کنار همدیگر بر ضعف این دو سیستم به صورت تنها غلبه می کند، بتابراین عملکرد کل سیستم بهبود خواهد یافت. سیستم ناوبری دارای محاسبات زیاد، سرعت بلادرنگ بالا، و انجام عملیات با دقت زیادی می باشند، بنابراین ما نیاز داریم که سیستم سخت افزاری با کارایی بالا طراحی کنیم. در سال های اخیر استفاده از ترکیب fpga و dsp در کاربردهای پردازش سیگنال های دیجیتالی استفاده های زیادی پیدا کرده اند. در واقع fpga دارای مشخصات منحصر به فردی برای توسعه عملکرد بلادرنگ سیستم در زمینه دریافت داده به عنوان یک واسط و کنترل عملیات کل سیستم دارا می باشد. و می توان با پیاده کردن چندین المان بر روی این تراشه حجم پیچیدگی ها را کم کنیم، از جمله المان های پیاده شده بر روی این تراشه شامل پروتکل سریال uart و spi، fifoها، مدارات کنترلی سیستم، تقسیم کننده های فرکانسی و glue logic کل برد می باشد. بنابراین ما از fpga برای ایجاد سیستمی انعطاف پذیر در توسعه سیستم مجتمع gps/ins استفاده کردیم. ما برای ارتباط بین این دو تراشه از تکنیک edma استفاده نمودیم تا بدین گونه داده ها ی دریافتی از طریق fpga بدون دخالت cpu وارد کانال های اختصاص داده شده در dsp شوند و الگوریتم های ناوبری بر روی آنها اجرا شوند. و در نهایت داده مطلوب خروجی که شامل پارامترهای ناوبری می باشند از طریق کنترلر edma به fpga انتقال یابند و از آنجا توسط پورت سریالی که در fpga طراحی شده است به سیستم خروجی برای پردازش و نمایش انتقال یابد. با این تکنیک توانسته ایم سرعت عملکرد سیستم را بالا ببریم و به سیستمی بالادرنگ برسیم. برد ارائه شده در دو لایه می باشد، که برای کوچک تر طراحی کردن آن ما قطعات مورد استفاده در برد را در دو طرف برد نصب کرده ایم. از جمله قطعاتی که در لایه پایینی برد نصب شده اند خازن های بای پس پایه های تغذیه ی dsp و fpga می باشند. تا هم توانسته باشیم آنها را تا حد امکان به این پایه ها نزدیک کنیم و هم بجای اشغال کردن لایه بالای برد از فضای باز لایه پایینی برد استفاده کرده باشیم. و اندازه ی برد ارائه شده را کاهش دهیم. تمام قطعات بکار رفته در برد بصورت نصب سطحی می باشند تا هم جای کمتری را اشغال کنند و هم مشخصه الکتریکی بهتر داشته باشند. برای طراحی برد از نرم افزار altium designer 9 و برای تست و شبیه سازی تمام برنامه های vhdl و c++ مربوط به طراحی از نرم افزارهای quartus ii 9.1، xilinx ise v 7.1 و نرم افزارهای ccs 3.3 و visual c++ استفاده کرده ایم. در مقایسه ای که با سیستم های سخت افزاری متداول برای پیاده سازی سیستم مجتمع gps/ins انجام داده ایم، سیستم ارائه شده دارای ساختاری کوچکتر، سرعت پردازش بالا، انعطاف پذیری خوب در دریافت داده ها ورودی، و هزینه ی کم می باشد. و بخاطر استفاده از dsp و fpga در برد طراحی شده به عملکرد بالای دست یافته ایم.

در این پایان نامه، طراحی سیستم مجتمع شده ی gps/ins بر اساس یک سیستم سخت افزاری بر مبنای پردازنده ی dsp، tms320c6713(pyp) و fpga، spartan-3(xcs400) صورت گرفته است. سیستم های ناوبری ins و gps دارای استفاده های وسیعی در کاربردهای ناوبری و موقعیت یابی دارند. ترکیب کردن این دو سیستم در کنار همدیگر برکمبود و ضعف این دو سیستم به تنهایی غلبه می کند، بنابراین عملکرد کل سیستم بهبود خواهد یافت. سیستم ناوبری دارای محاسبات زیاد، سرعت بلادرنگ بالا، و انجام عملیات با دقت زیادی می باشند. در سال های اخیر استفاده از ترکیب fpga و dsp در کاربردهای پردازش سیگنال های دیجیتالی استفاده های زیادی پیدا کرده اند. در واقع fpga دارای مشخصات منحصر به فردی برای توسعه عملکرد بلادرنگ سیستم در زمینه دریافت داده به عنوان یک واسط و کنترل عملیات کل سیستم دارا می باشد. و با استفاده از این تراشه حجم پیچیدگی ها را کم می کنیم، بنابراین ما از fpga برای ایجاد سیستمی انعطاف پذیر در توسعه سیستم مجتمع gps/ins استفاده کردیم. برای ارتباط بین این دو تراشه از تکنیک edma استفاده نمودیم تا بدین گونه داده ها ی دریافتی از طریق fpga بدون دخالت cpu وارد dsp شوند و الگوریتم های ناوبری بر روی آنها اجرا شوند. و در نهایت داده مطلوب خروجی که شامل پارامترهای ناوبری می باشند از طریق کنترلر edma به fpga انتقال یابند و از آنجا توسط fpga به سیستم خروجی برای پردازش و نمایش انتقال یابد. با این تکنیک توانسته ایم سرعت عملکرد سیستم را بالا ببریم و به سیستمی بالادرنگ برسیم. برای تست و شبیه سازی تمام برنامه های matlb و c++ مربوط به طراحی از نرم افزارهای matlab r2008b، ccs 3.3 و visual c++و xilinx12.1 و awr و استفاده کرده ایم. در مقایسه ای که با سیستم های متداول برای پیاده سازی سیستم مجتمع gps/ins انجام داده ایم، سیستم ارائه شده دارای سرعت پردازش بالا، انعطاف پذیری خوب در دریافت داده ها ورودی، و هزینه ی کم می باشد. و بخاطر استفاده از dsp و fpga به عملکرد بالایی دست یافته ایم.

در سال های اخیر با پیشرفت تکنولوژی موتور های احتراق داخلی و مجهز شدن آن ها به سیستم های کنترل حلقه بسته، توسعه ی روش های کنترل غیر خطی برای بهبود عملکرد موتور های احتراق داخلی را امکان پذیر کرده است. در این پروژه سیستم کنترل حالت های مورد نیاز در مسئله کنترل حلقه بسته موتور از طریق یاددهی شبکه های عصبی مصنوعی با استفاده از شبیه سازی مدل های مقادیر متوسط انجام می شود که این مدل ها برای مدل سازی و کنترل متغیر های حالت موتور ارائه شده اند. برای شناسایی سیستم از دو شبکه عصبی مصنوعی پایه شعاعی و پرسپترون دو لایه استفاده شده است و الگوریتم های یادگیری این شبکه های مصنوعی ارائه شده است. نتایج نشان می دهد که در مقایسه با مدل شبکه عصبی پایه شعاعی، شبکه ی عصبی پرسپترون دو لایه توانایی شناسایی دینامیک موتور را با دقت بیشتری دارد. در ادامه، روش کنترل پیشگو مبتنی بر شبکه های عصبی مصنوعی جهت کنترل حلقه بسته ی مقدار لامبدا در موتور استفاده شده است. در این سیستم کنترلی عملیات بهینه سازی مقید جهت کمینه کردن تابع هزینه ی معرفی شده با الگوریتم کاهش گرادیان انجام شده است. در پایان نتایج کنترل پیشگو با نتایج روش مود لغزشی مرتبه اول مقایسه شده است.

ربات های ماهر یکی از پر کاربردترین ربات ها در صنعت می باشند که وظیفه انجام کارهای تکراری و یا خطرناک با دقت زیاد را بر عهده دارند. در این میان ربات های موازی کابلی به دلیل استفاده از کابل ها به جای اتصالات صلب، در جابجایی اجسام بیشتر مورد توجه می باشند. از جمله کاربردهای مهم این ربات در کنترل موقعیت دوربین های فیلم برداری معلق می باشد که تکنولوژی ساخت این ربات محدود به چند کشور بوده و استفاده از آن ملزم به صرف هزینه بسیاری برای سایر کشورها می باشد. وجود این مشکلات ما را بر آن داشت تا در جهت ساخت یک نمونه آزمایشگاهی از این ربات و همچنین ایجاد تکنولوژی ساخت و کنترل آن گام برداریم. پیاده سازی روش های تئوری در سیستم های عملی یکی از مشکلاتی می باشد که محققان همواره با آن مواجه بوده اند و به همین منظور در این پایان نامه سعی به ایجاد ارتباط بین محاسبات تئوریک، شبیه سازی های کامپیوتری و پیاده سازی سیستم عملی شده است. در ساخت ربات، ساختاری با دقتی حدود 5 میلی متر برای انجام تحقیق و با صرف هزینه کم طراحی گشته است. همچنین در طراحی برد های الکترونیکی و طراحی الگوریتم ها، قابل تعمیم بودن به ربات های صنعتی مورد نظر بوده است. همچنین روش های کنترلی متنوعی توسط محققین در سراسر دنیا برای کنترل این نوع ربات به کار رفته که در این پایان نامه استفاده از روش کنترلی ساختاری بهینه برای کنترل ربات پیشنهاد گردیده است. بعلاوه با تشخیص تابع شاخص هزینه مناسب برای کنترلر، در نهایت تعادلی بین تلاش کنترلی و پاسخ سیستم ایجاد شده است.

ژیروسکوپها از دیرباز نقش بسیار مهمی را در جهتیابی و اندازه گیری سرعت زاویه ای در جهات گوناگون، در صنایع مختلف بر عهده داشته اند. با توجه به پیشرفت سریع علوم و فناوریهای نوین و توسعه صنایع مختلف، استفاده از وسایل جدید برای اندازه گیری با دقت بالا در جهات مختلف برای خودروها و هواپیماها امری ضروری است. از پیدایش اولین ژیروسکوپ میکرو الکترومکانیکی بیش از دو دهه نمی گذرد، اما ویژگی های بارز این نوع ژیروسکوپ اعم از عدم نیاز به یاتاقان و در نتیجه اصطکاک، سایش و اتلاف انرژی کمتر، قیمت ارزان، مصرف توان پایین و دقت و سرعت بالا، آن را در بسیاری از موارد نسبت به ژیروسکوپهای مرسوم رجحان داده است. با این حال، به دلیل وجود عیوب در ساخت آن، خطاهای ناشی از تغییرات دما و نویزهای گوناگون، خطاهایی در نتایج عملکرد ژیروسکوپ میکرو الکترومکانیکی وجود دارند. در این میان هر طرح کنترلی که در کمترین زمان و با دقت و کارایی بهتری بتواند عملکرد ژیروسکوپ را کنترل کند، مطلوب است. در این پایان نامه، پس از مطالعه ادبیات فن (پیشینه پژوهش کار دیگران)، دینامیک ژیروسکوپ در ابعاد mems مورد بررسی قرار خواهد گرفت. سپس یک سیستم کنترلی برای ژیروسکوپ در ابعاد mems طراحی و ارائه خواهد شد. کنترلر ارائه شده برای ژیروسکوپ بایستی تخمین سرعت زاویه ای و (در صورت امکان) همه پارامترهای نامعلوم ژیروسکوپ شامل جفت شدگی های سفتی و میرایی را انجام دهد. شبیه سازی های عددی با استفاده از یک نرم افزار مهندسی (ترجیحا matlab) انجام خواهند شد.

با پیشرفت روز افزون صنعت خودروسازی، سیستم های کنترلی جدید به منظور بهبود عملکرد سیستم ایمنی خودرو پیشرفته تر می شوند. یکی از مهم ترین سیستم های ایمنی خودرو، سیستم ترمز ضد قفل (abs) می باشد که در طی چند سال اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است. وجود عوامل غیرخطی و نامعینی های وارد بر خودرو در طی فرایند ترمز گیری، یک کنترل کننده غیرخطی مقاوم برای ترمز ضد قفل، امری ضروری می باشد. در این پایان نامه به منظور دستیابی به این هدف، لغزش چرخ خودرو محاسبه می شود و اختلاف آن با مقدار مطلوب که برای شرایط مختلف جاده ای متفاوت می باشد، محاسبه می-گردد. با تعریف کردن توابع عضویت مختلف برای این اختلاف، قوانین کنترلی فازی برای سرعت های مختلف که خود شامل توابع عضویت مختلف می باشند، صادر می شوند. تحلیل های انجام شده به همراه نتایج حاصل از شبیه سازی نشان دهنده ی عملکرد خوب کنترل کننده طراحی شده نسبت به اثرت غیرخطی و نامعینی های وارد به خودرو در حین عملیات ترمز گیری می باشد. در پایان نتایج حاصل از کنترل کننده طراحی شده با نتایج حاصل از کنترل کننده pid مقایسه شده است و نشان داده شده که کنترل کننده فازی طراحی شده دارای عملکرد بهتری نسبت به کنترل کننده pid می باشد.

موقعیت یابی مهم ترین وظیفه یک سامانه ناوبری است و عموماً بر اساس مختصات موقعیت، بردار سرعت و زوایای سمت و تراز به دست آمده از سامانه ناوبری، سیگنال های هدایت و کنترل تعیین می شوند. در یک سامانه ناوبری اینرسی (ins) که محاسبات آن بر مبنای قانون دوم نیوتون است، عموماً از خروجی حسگرهای اینرسی (شتاب سنج و ژیروسکوپ) پرهزینه برای تعیین موقعیت استفاده می شود. در سال های اخیر به منظور کاهش هزینه موقعیت یابی، استفاده از حسگرهای اینرسی کم هزینه و خصوصاً نوع ریزالکترومکانیکی (mems) مورد توجه قرار گرفته است. در یک سامانه ناوبری اینرسی شامل حسگرهای اینرسی کم هزینه به علت وجود عدم قطعیت های قابل توجه از نوع نویز، بایاس و دریفت، خطای موقعیت یابی در مدت زمان کوتاهی افزایش می یابد، بنابراین ترکیب آن با یک سامانه کمکی مانند سامانه موقعیت یاب جهانی (gps)، به منظور کاهش خطای سامانه ناوبری اینرسی به وسیله یک الگوریتم تخمین زن پیشنهاد می شود. گیرنده های سامانه موقعیت یاب جهانی به وسیله اندازه گیری فاصله موقعیت گیرنده از چند ماهواره به تعیین مستقیم موقعیت می پردازند، لذا خطای موقعیت به دست آمده از آن ها با گذشت زمان افزایش نمی یابد. معادلات این سامانه ترکیبی (ins/gps) شامل جمله های غیرخطی از متغیرهای حالت (موقعیت و سرعت) است. علاوه بر بخش های غیرخطی، وجود نویز، بایاس، دریفت و همچنین عدم قطعیت در دینامیک سامانه، محاسبه دقیق متغیرهای حالت سامانه غیرخطی را مشکل می کند، لذا تخمین حالت به شکل تخمین توابع توزیع متغیرهای حالت سامانه با استفاده از اندازه گیری های سامانه موقعیت یاب جهانی و دینامیک سامانه انجام می شود. تخمین زن بهینه برای سامانه های خطی، تخمین زن کالمن (kalman filter) است که از نوع توسعه یافته آن می توان در سامانه های غیرخطی استفاده کرد. علیرغم کاربرد ساده تخمین زن های کالمن توسعه یافته (ekf)، که بر اساس خطی سازی سامانه غیرخطی طراحی می شوند، این تخمین زن ها عموماً در سامانه هایی که رفتار غیرخطی قابل توجهی از خود نشان می دهند دچار مشکل می شوند که برای حل این مشکل، استفاده از یک تخمین زن غیرخطی پیشنهاد می شود. در این پایان نامه هدف پیاده سازی یک تخمین زن حالت غیرخطی برای سامانه ناوبری ترکیبی ins/gpsدر حضور عدم قطعیت ها است. در پایان نتایج حاصل از تخمین زن طراحی شده علاوه بر شبیه سازی با داده های تست های انجام شده بر روی خودرو ارزیابی می گردد و نتایج تخمین بدست آمده از سامانه ناوبری اینرسی با نقشه مسیر یا خروجی سامانه موقعیت یاب جهانی مقایسه می شود.

دینامیک غیرخطی سیستم تعیین سمت- تراز متأثر از عوامل عدم قطعیت مانند نویز، بایاس، اغتشاش و پارامترهای مدل نشده است. از این رو محاسبه دقیق زوایای سمت- تراز که توصیف عملی از رفتار سیستم غیرخطی هستند، مشکل بوده و نتایج سیستم تعیین سمت- تراز در مقایسه با سیستم های دقیق، به علت خطاهای وضعیت بزرگ در مدت زمان کوتاه، غیرقابل اعتماد می شود. در نتیجه پیشنهاد می شود از روش های تخمین مقاوم برای تعیین زوایای سمت و تراز استفاده گردد. روش های مورد استفاده در این پروژه برای محاسبه زوایای سمت- تراز، فیلتر کالمن تعمیم یافته، رویتگر مود لغزشی و رویتگر عصبی با استفاده از چند روش شبکه های عصبی مصنوعی مانند شبکه ی عصبی پرسپترون سه لایه، شبکه عصبی ویولت و شبکه عصبی ویولت فازی بازگشتی است. الگوریتم های یادگیری این شبکه های عصبی نیز ارائه شده و پایداری آن ها اثبات گردیده است. در ادامه عملکرد رویتگرهای طراحی شده و توانایی آن ها در محاسبه و به روزرسانی متغیرها و پارامترهای سیستم با داده های شبیه سازی و انجام تست بر روی خودرو ارزیابی می گردد. نتایج نشان می دهد که در مقایسه با فیلتر کالمن، رویتگر مود لغزشی و شبکه های عصبی توانایی بیشتری در تخمین دقیق زوایای سمت و تراز دارند.

منابع اصلی خطا در یک سیستم ناوبری ( mems)، نویزها، اغتشاشات و عدم قطعیت در پارامترهای کالیبراسیون هستند؛ علاوه بر کالیبراسیون سیستم اینرسی، سیستم های کمکی به منظور افزایش دقت ناوبری استفاده می شوند. در تخمین پارامتر های متغیر با زمان ضروری است که مرتبه ی تحریک پایای مربع ماتریس رگرسور، از تعداد پارامترها کمتر نباشد؛ در این رساله نشان داده می شود که درگیر کردن ماتریس کسینوسی سمت در مدل رگرسور تخمین، مرتبه ی تحریک پایای سیستم و احتمال همگرایی را افزایش می دهد. تخمین زن حداقل مربعات بلوکی فازی که دارای طول پنجره ی لغزشی متغیر است و در این رساله با عبارت اختصاری ( fvlsw bls) از آن یاد می شود به منظور تخمین بلا درنگ پارامترهایی از سیستم، که تحت تغییرات سریع و یا تدریجی هستند ارایه می شود. ایده ی اصلی این روش، استفاده از ترکیب فازی چندین روش آشکارساز تغییرات است که شامل مکانیزم های نسبت حداکثر احتمال و خطای متوسط پارامتر ها است؛ این دو مکانیزم و توابعی از نرخ تغییرات آن ها، به عنوان ورودی های سیستم فازی آشکارساز تغییر و خرابی در نظر گرفته می شوند. خروجی سیستم فازی، شامل یک ضریب فراموشی و طول دو پنجره ی لغزشی است که برای به روزرسانی مکانیزم های آشکارساز ورودی و الگوریتم تخمین حداقل مربعات بلوکی استفاده می شوند. نشان داده می شود که عملکرد تخمین زن فازی (fvlsw bls)، بهتر از عملکرد تخمین زن مشابه غیرفازی است؛ در مواقعی که قدرت نویز ها قابل ملاحظه می شود کارآمدی روش ارایه شده بیشتر مشخص می شود.در ادامه، فیلتر کالمن مقید شده با قید غیرخطی کواترنیون، برای سیستم تعیین سمت- تراز ارایه می شود و با استفاده از نرم افزارهای مختلف ، به شکل های عددی و تحلیلی طراحی می شود. مدل فازی (ts) سیستم تعیین سمت- تراز به روش تقریب ناحیه ی غیرخطی انجام شده، و فیلترسازی h? غیرخطی برای تخمین سمت و تراز طراحی می شود. در فیلتر بدیع فازی h? (fh?)، با استفاده از اطلاعات اندازه گیری ها و الگوریتم های نوین تشخیص خرابی، علاوه بر ماتریس های طراحی که مشابه ماتریس های نویز فیلتر کالمن هستند سطح عملکرد فیلتر نیز به شکل درون خطی به روزرسانی می شود؛ لذا تخمین زوایای سمت و تراز خودروها در حرکت های شتاب دار و تحت تاثیر اغتشاشات مغناطیسی، با دقت بیشتری نسبت به فیلتر های استاندارد h? انجام می شود. برای ساده تر شدن پیاده سازی سخت افزاری، دو تخمین زن جداگانه ی fh? برای محاسبه ی زوایای تراز و سمت از شمال در نظر گرفته می شوند. پس از ارزیابی عملکرد تخمین زن های حالت و پارامتر، با انجام شبیه سازی های مونت-کارلو، آزمایش های میدانی با سه نوع خودرو انجام می شود تا کارآمدی تخمین زن های ارایه شده برای سیستم تعیین سمت- تراز، صحه گذاری شود. سیستم های نصب شده روی خودروها شامل دو نوع وارداتی و ساخت داخل هستند. در آزمایش های خودروی پیکان که شتاب غیر جاذبه ای زیاد نیست تفاوت تخمین های به دست آمده از فیلترهای h? و fh? تعمیم یافته قابل ملاحظه نمی شود و ممکن است به علت محافظه کارانه بودن تخمین زن fh?، خطای آن در بعضی مواقع حتی از خطای فیلتر h? کمی بیشتر شود؛ اما جبران اغتشاشات مغناطیسی با استفاده از تخمین زن h? و ( fvlsw bls) نتایج محسوسی در همه ی آزمایش ها دارد. در آزمایش های خودرو ون که مسیرهای شیب دار با شتاب زیادی طی می شوند خطای تخمین فیلتر fh? به مراتب کمتر از خطای فیلتر h? است؛ این نتایج از آزمایش های هر دو سیستم وارداتی و داخلی به دست می آیند.

طراحی یک سیستم کنترلی برای کوادروتور که همزمان باعث پایداری زاویه شده و مسیر مطلوب را تعقیب کند، از اهمیت ویژه¬ای برخوردار است. امروزه تعقیب مسیر توسط کوادروتور با وجود سیستم دینامیکی غیرخطی، کوپل شده و زیرعملی جزء آخرین پیشرفت¬های پژوهشی است. روش مود لغزشی گام به عقب یکی از روش¬هایی است که بسیار برای کوادروتور استفاده شده است با این حال این روش در ورودی کنترل کننده چترینگ ایجاد می¬کند که می¬تواند باعث تحریک دینامیک¬های فرکانس بالای مدل¬نشده شود. به جای این روش از روش مود لغزشی گام به عقب انتگرالی استفاده شده است. نتایج شبیه¬سازی نشان می¬دهد که این روش تلاش کنترلی کمتری نسبت به روش مود لغزشی گام به عقب مصرف می¬کند و چترینگ را کاهش می¬دهد. با این حال روش مود لغزشی گام به عقب دقت بهتری دارد. در روش دوم، مود لغزشی ترمینالی غیرتکین سریع برای زوایا و مود لغزشی برای موقعیت کوادروتور اعمال شده است. نتایج با حالتی که تمام حالت¬های سیستم با روش مود لغزشی کنترل می¬شوند، مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی حاکی از دقت این روش در عین همگرایی سریع در حالت بدون اغتشاش و عدم قطعیت است. در روش سوم، از طریق ترکیب روش گام به عقب و مود لغزشی ترمینالی غیرتکین، روش مود لغزشی ترمینالی گام به عقب غیرتکین ایجاد شده است و اثبات همگرایی آن از طریق روش لیاپانوف انجام شده است. این روش همگرایی سریع¬تر همراه با دقت بهتر و البته با ورودی کنترلی بیشتری نسبت به روش مود لغزشی ترمینالی دارد. برای نقاط دور از نقطه¬ی تعادل، روش مود لغزشی ترمینالی گام به عقب غیرتکین سریع ارائه شده است و اثبات آن از نیز طریق روش لیاپانوف انجام شده است

تعیین موقعیت ، مهم ترین وظیفه ی یک سامانه ی ناوبری است که عموماً بر اساس مختصات موقعیت، بردار سرعت و زوایای سمت و تراز به دست آمده از سامانه ی ناوبری و سیستم های کمکی تعیین می شود. در یک سامانه ی ناوبری اینرسی شامل سنسورهای اینرسی کم هزینه، به علت وجود عدم قطعیت های قابل توجه از نوع نویز، بایاس و دریفت، خطای موقعیت یابی در مدت زمان کوتاهی افزایش می یابد. بنابراین ترکیب آن با یک سامانه ی کمکی مانند سامانه ی موقعیت یاب جهانی، جهت کاهش خطای سامانه ی ناوبری اینرسی، به وسیله ی الگوریتم های تخمین بهینه انجام می گردد. در صورتی که دقت سیستم های ناوبری کم هزینه افزایش یابد، هزینه ی کاربردهای معمول آن ها کاهش یافته و راه برای استفاده در کاربردهای جدید باز می شود. کالیبراسیون، یک روش مناسب برای جبران خطاهای معین سنسورهای واحد اندازه گیری اینرسی است. خطاهای سنسورهای اینرسی ارزان قیمت، بخصوص سنسورهای ریزالکترومکانیکی، به شدت به وضعیت های محیطی مثل دما وابسته هستند. با توجه به تاثیر تغییرات دمایی در خروجی سنسورها، ضرورت کالیبراسیون دمایی و توسعه ی مدل های جبران کننده ی دمایی دقیق و قابل اطمینان به وضوح احساس می شود، که در این پایان نامه مورد توجه قرار گرفته است. هدف اصلی این پایان نامه، ارائه ی یک الگوریتم جدید برای کالیبراسیون دمایی برخط واحد اندازه گیری اینرسی و جبران خطاهای ناشی از تغییرات دما در ژیروسکوپ ها و شتاب سنج ها است. در این پایان نامه، برای رسیدن به این هدف، از سه الگوریتم تخمین بهینه شامل فیلتر کالمن توسعه یافته، فیلتر h_inf و روش بهینه سازی ازدحام ذرات استفاده می شود. با توجه به این که روش های کالیبراسیون دمایی پیشنهاد شده در کارهای گذشته، عموما زمان بر و برون خط بوده و نیاز به تجهیزات گران قیمتی از جمله میز چرخان و محفظه ی دمایی دارند، روش ارائه شده در این پایان نامه، مزیت قابل توجهی در مقایسه با کارهای گذشته دارد. برای ارزیابی کارایی الگوریتم ارائه شده در این پایان نامه، چند تست پرواز انجام گرفته است. نتایج این پایان نامه نشان می دهد که استفاده از الگوریتم بدیع کالیبراسیون دمایی برخط ارائه شده در این پایان نامه، دقت سیستم ناوبری ترکیبی را افزایش می یابد.

این پایان نامه الگوریتم نوینی از مود لغزشی مرتبه دوم برای کنترل سیستم غیر خطی نامعین ارائه می گردد تا با کنترل زاویه دریچه گاز، گشتاور تولید شده از موتور طوری تنظیم گردد تا بتوان لغزش طولی ایجاد شده در چرخ محرک را بر روی مقدار مطلوب قرار داد. این الگوریتم تنها به متغیر لغزش نیاز داشته و به مشتقات بالاتر آن وابسته نیست. در نهایت نتایج حاصل از روش کنترلی مود لغزشی مرتبه بالا با روش کنترلی مود لغزشی مرتبه اول با صفحه لغزش تناسبی و کنترل کننده مرتبه اول سطح سوئیچینگ انتگرالی مقایسه خواهد شد تا کارآیی این روش پیشنهادی مشخص شود.

هم محورسازی alignment)) فرآیندی است که جهت بردارهای سیستم ناوبری اینرسی را بر اساس جهات سیستم مرجع محاسبه می کند. اهمیت هم محورسازی دقیق در عملیات ناوبری در یک دوره زمانی طولانی مدت بدون سیستم کمکی دیده می شود. به طور متداول در تراز سنسورها، محورهای حساس ژیرسکوپ ها به طور فیزیکی با محورهای شتاب سنج همتراز قرار داده می شوند. اساسا پروسه هم محورسازی شامل محاسبه ی جهات محورهای متعامد تعریف شده به وسیله محورهای ورودی شتاب سنج نسبت به محورهای مرجع طراحی شده می باشد. هم محورسازی سیستم ins به دو گروه هم محورسازی اولیه و هم محورسازی در حرکت تقسیم می شود. هم محورسازی اولیه شامل تعیین اولیه موقعیت، سرعت، سمت-تراز و پارامترهای بایاس سیستم ناوبری اینرسی است، برای انجام این فرآیند، بایستی سیستم در یک بازه زمانی مشخص به شکل ایستا باقی بماند. در این حالت از بردار خروجی شتاب سنج ها تراز اولیه شامل زوایای roll و pitch قابل محاسبه است همچنین با استفاده از خروجی ژیروسکوپ ها و از روش تطابق برداری سمت از شمال اولیه تعیین می گردد. در این نوع سیستم ها که زمان کافی برای تراز وجود دارد، این پروسه را می توان قبل از حرکت انجام داده و سیستم ins را نسبت به محورهای پلات فرم کالیبره کرد. اما در برخی مواقع تعیین سمت-تراز، موقعیت و سرعت اولیه در حین حرکت ضروری است. در سیستم های پروازی که نیاز به هم محورسازی دقیق و عکس العمل سریع (سیستم هایی که در آنها تأخیر در زمان قبل از پرتاب مجاز نمی باشد) دارند، پروسه هم محورسازی باید در حین پرواز انجام شود. هم محورسازی در حرکت با استفاده از داده های شتاب سنج ها و ژیروسکوپ های واحد اندازه گیری اینرسی و داده های اندازه گیری شده توسط سیستم های کمک ناوبری انجام می شود. که در صورت در دسترس بودن داده های کمکی امکان هم محورسازی در حال حرکت به شکل دقیق وجود دارد. با توجه به نوع خطاهای اولیه در پارامترهای خطای سنسورها و زوایای align، استفاده از فیلترهای خطی و غیرخطی برای ترکیب خروجی سنسورها و تخمین بردار حالت ضروری است. هم محورسازی در حرکت موجب افزایش دقت سیستم ناوبری اینرسی در مانورهای دینامیکی به دقت آن در حالت ایستا می شود همچنین امکان کاهش وزن سیستم از طریق جدا کردن باطری های مصرف شده و خاموش-روشن شدن دوباره آن را به وجود می آورد. در این پروژه پس از هم محورسازی اولیه که در وضعیت ایستای سیستم ناوبری اینرسی انجام می شود هم محورسازی در حال حرکت سیستم با استفاده از gps و سایر سیستم های کمکی قابل انجام است. که برای این منظور از الگوریتم های بهینه کالمن و تخمین زن های غیرخطی مقاوم استفاده خواهد شد. تخمین زن غیرخطی و مقاوم ارائه شده در این پایان نامه قوام بیشتری را نسبت به فیلتر کالمن در مقابل عدم قطعیت مدلسازی و اغتشاشات انرژی محدود خواهد داشت.