امروزه با توسعه روزافزون صنعت رباتیک و افزایش نیاز به بازوهای صنعتی در انجام امور طاقت فرسا، دغدغه اصلی طراحان کنترل را برطرف کردن مشکلات موجود در کنترل این سیستم ها تشکیل می دهد. مشکلاتی از قبیل ساده تر کردن سخت افزار و در عین حال افزایش کارایی کنترل کننده. یکی از زمینه ها یی که می توان ساختار ربات را ساده نمود حذف سنسورهای متعدد در ربات و واگذاری این وظیفه به عهده کنترل کننده ها است. در این پایان نامه روش های کنترلی برای تخمین نیروی خارجی وارد به ربات و همچنین کنترل آن ارائه شده است که نیاز به نصب سنسور نیرو را در رباتها رفع می کند. این روش ها به ترتیب شامل تخمین زن تطبیقی نیرو، تخمین زن تطبیقی محیط خطی، و تخمین زن محیط غیر خطی با استفاده از شبکه عصبی موجک می شود که همه آن ها برای تخمین نیروی وارده به مجری نهایی طراحی شده اند و پارامترهای آن ها با قوانین وفقی طراحی شده به روز می شوند. در تخمین زن های محیط علاوه بر اندازه گیری نیرو با استفاده از آن ها، تخمین آنها در کنترل کننده تعقیب نیرو مورد استفاده قرار می-گیرد. در روند اثبات پایداری هر روش اثبات رسیدن مجری به مرز محیط در حالتی که ربات با محیط در تماس نیست نیز ارائه شده است. همچنین این کنترل های وفقی بر خلاف دیگر روش های کنترل نیرو بدون استفاده از سنسور نیرو که نیاز به مدل دقیق ربات دارند برای ربات هایی با نامعینی های پارامتری تعمیم داده شده است تا علاوه بر نیروی خارجی، پارامترهای نامعین ربات نیز تخمین زده شوند. مزیت دیگر این روش ها نسبت به روش های بر پایه مشاهده گرها رفع نیاز به محاسبه معکوس ماتریس ژاکوبین در محاسبه نیروی تخمینی ربات است. بنابراین نقاط تکین ربات محدودیتی در عملکرد کنترل کننده داخلی ایجاد نمی کنند. هرچند اکثر روش های بدون سنسور برای تنظیم نیرو استفاده شده اند، روش های ارائه شده کنترل تعقیب نیرو را در حالت بدون سنسور نیرو نیز امکان پذیر می کنند. برای نمونه یک ربات دو درجه آزادی واقع در صفحه افقی برای بررسی صحت نتایج به دست آمده در شبیه سازی ها استفاده شده است.

یکی از مهم ترین چالش ها در زمینه کنترل سیستم های ابعاد وسیع، بررسی عملکرد و تعیین انرژی مصرفی سیستم است. این انرژی مصرفی، به صورت یک تابع هزینه سوپروایزری برای کل سیستم تعریف می شود. اما از آنجا که روش مناسب برای کنترل سیستم های ابعاد وسیع استفاده از کنترل و یا محاسبات توزیع شده است این تابع هزینه نیز باید به صورت توزیع شده مورد بررسی قرار گیرد. بنابراین با توجه به محاسبات توزیع شده و این نکته که همواره نامعینی هایی در سیستم وجود دارد، بررسی عملکرد و محاسبه انرژی مصرفی سیستم به صورت دقیق ممکن نیست. پس یافتن کران بالای مناسبی به صورت یک هزینه تضمین شده از اهمیت بسیاری برخوردار است. به وسیله این کران بالا می توان تضمین کرد که کاهش عملکرد ناشی از نامعینی های سیستم، همواره از مقدار معینی بیشتر نخواهد بود. امروزه، ساختار کنترل توزیع شده به خاطر مزایای فراوان برای تبادل اطلاعات، با شبکه های مخابراتی ترکیب شده است. استفاده از شبکه غیر ایده آل، چالش جدیدی را برای تضمین پایداری و میزان انرژی مصرفی در سیستم به وجود می آورد. در این پایان نامه، به مدلسازی، تحلیل پایداری، بررسی عملکرد و طراحی کنترل کننده توزیع شده در حضور رفتار های ناشی از شبکه غیر ایده آل برای سیستم های کنترل تحت شبکه می پردازیم. به منظور افزایش دقت مدلسازی با استفاده از زنجیره مارکوف و سیستم های خطی دارای پرش مدلسازی جدیدی برای سیستم های تحت شبکه ارائه می دهیم. به وسیله توابع لیاپانوف-کراسوفسکی مناسبی، شروط کافی پایداری مجانبی را به دو صورت مستقل از تأخیر و وابسته به آن بررسی می کنیم. این شروط کافی، بر مبنای نامساوی های ماتریسی خطی می باشند و طراح را قادر می سازند تا به راحتی و با به کارگیری حل کننده های عددی پایداری سیستم را بررسی کند. برای بررسی عملکرد سیستم یک تابع هزینه به صورت سوپروایزری برای کل سیستم ابعاد وسیع تعریف می شود. این تابع هزینه در هر زیر سیستم نیز با در نظر گرفتن آثار زیر سیستم های همسایه معرفی می شود و کنترل کننده طوری طراحی می شود تا علاوه بر پایداری سیستم حلقه بسته، کران تابع هزینه سوپروایزری را کمینه کند. در نهایت، قضایایی جهت طراحی کنترل کننده فیدبک حالت پایدارساز به منظور به دست آوردن کمینه کران تابع هزینه سوپروایزری پیشنهاد می شود. بیشترین مقدار مجاز تأخیر و گم شدن پشت سر هم بسته ها را نیز در هر زیر سیستم بدست می آوریم. همچنین، یک ساختار کنترل جدول بهره بر اساس کیفیت انتقال اطلاعات توسط شبکه ارائه می دهیم. برای بررسی عملکرد در این مدل، تابع h_? را برای کل سیستم تعریف می کنیم و کنترل کننده h_? را با به کارگیری حل کننده های عددی برای حل نامساوی ماتریسی خطی به دست آمده طراحی می کنیم. بررسی صحت و کارایی عملی روش های پیشنهادی، با یک مثال عددی در هر فصل مطرح و نتایج شبیه سازی ها ارائه می شوند.

بسیاری از سیستمهای صنعتی از جمله سیستمهای شیمیایی، متالورژیکی، مکانیکی و الکترونیکی، سیستمهای تأخیردار زمانی هستند. در بسیاری از این سیستمها دینامیک سیستم، نامعین است و در برخی موارد پارامترها با زمان تغییر می کنند. همچنین ممکن است تعدادی از عملگرها حین عملکرد سیستم دچار خرابی شوند که ماهیت آنها نیز معمولا نامشخص است. برای غلبه بر اثر نامعینیها معمولا دو روش کنترل تطبیقی و کنترل مقاوم مطرح می شود. کنترل کننده مقاوم یک کنترل کننده با ضرایب ثابت است و برای نامعینی هایی کاربرد دارد که کران آنها مشخص است. در مقابل، کنترل کننده تطبیقی یک کنترل کننده با ضرایب متغیر است و برای پارامترهای نامعین که تغییرات آنها با زمان آهسته است، کاربرد دارد. در این روش، نیاز نیست کران های پارامترهای نامعین و یا متغیر با زمان، مشخص باشد. این مسئله، اهمیت استفاده از کنترل کننده های تطبیقی را برای سیستمهای تأخیردار با نامعینی های پارامتری نشان می دهد. روش کنترل تطبیقی مدل-مرجع، برای حل مسائلی پیشنهاد شده است که در آن، مشخصات مورد نظر، در قالب یک مدل مرجع مطرح می شود. در این رساله حل مسئله جبرانسازی خرابی در سیستمهای تأخیردار با استفاده از کنترل کننده تطبیقی مدل-مرجع مورد بررسی قرار می گیرد. بسته به هدف کنترلی مورد نظر (تعقیب حالتها یا تعقیب خروجی) و نوع اطلاعات موجود از سیستم (حالتها یا خروجی سیستم)، طراحی های مختلفی برای رسیدن به اهداف کنترلی پیشنهاد می شود. در روشهای جبرانسازی خرابی تطبیقی سه حالت زیر متداول است. - طراحی فیدبک حالت برای تعقیب حالتها - طراحی فیدبک حالت برای تعقیب خروجی - طراحی فیدبک خروجی برای تعقیب خروجی در طراحی فیدبک خروجی نسبت به طراحی فیدبک حالت، اطلاعات کمتری از سیستم مورد نیاز است (خروجی سیستم بجای بردار حالت)، اما ساختار کنترل کننده معمولا در آن پیچیده تر است. در فصل سوم این رساله طراحی فیدبک خروجی برای سیستمهای تأخیردار و در حضور خرابیهای عملگر انجام شده است. در این فصل، کنترل کننده تطبیقی برای دو حالت پیشنهاد شده است. ابتدا طراحی کنترل کننده با فرض ثابت و مشخص بودن تأخیر زمانی انجام گرفته است. در این حالت، از ساختار کنترل کننده دو جزیی برای جبران ترم تأخیر موجود در معادلات سیستم استفاده شده که دارای محاسن زیر است. - برای کنترل سیستمهای با پارامترهای نامعین و شامل تأخیر در حالتها مناسب است. - هدف کراندار بودن سیگنال های حلقه بسته و تعقیب مجانبی خروجی را برآورده می کند. - تعمیم نتایج جبرانسازی خرابی تطبیقی فیدبک خروجی برای سیستمهای بدون تأخیر به سیستمهای تأخیردار را ممکن می سازد. - با توجه به قیود مطرح شده، برای سیستم های کنترل ناپذیر، مشاهده ناپذیر و سیستمهای ناپایدار نیز قابل استفاده است. با وجود محاسن بالا، کنترل کننده دوجزیی طراحی شده در حالت اول معایبی نیز دارد که عبارتند از: - مقدار تأخیر زمانی در این روش باید مشخص باشد. - با توجه به اینکه ساختار ترم پیشرو بر اساس بردار حالتهای مدل مرجع و تأخیریافته زمانی آنها است، با اضافه شدن تعداد تأخیرها، ساختار کنترل کننده نیز پیچیده تر می شود. در نتیجه استفاده از این روش برای سیستمهایی با بیش از یک تأخیر، توصیه نمی شود. - کنترل کننده طراحی شده در این روش نسبت به اختلال خارجی، مقاوم نیست. بعبارت دیگر، قادر نیست اثر اختلال خارجی را حذف کند. در ادامه فصل، ساختار کنترل کننده برای حالتی که تأخیر زمانی، نامشخص و متغیر با زمان باشد، طراحی شده است. در این حالت وجود ترم انتگرالی در ساختار کنترل کننده، آن را نسبت به تأخیر زمانی نامشخص، مقاوم می سازد. همچنین با توجه به اینکه تأخیر زمانی در قانون کنترل ظاهر نشده، بنظر می رسد افزایش تعداد تأخیرها در این حالت باعث پیچیده تر شدن ساختار کنترل کننده نشود. این مطلب با بررسی مسئله طراحی فیدبک خروجی برای سیستم تأخیردار با چندین ترم تأخیر در فصل چهارم اثبات شده است. در این فصل علاوه بر اینکه سیستم بجای یک تأخیر دارای چندین تأخیر است، اختلال خارجی نیز در معادلات سیستم وارد شده است. نتایج بدست آمده حاکی از مقاوم بودن ساختارکنترل کننده شامل ترم انتگرالگیر نسبت به تأخیرهای زمانی نامشخص و متغیر با زمان و همچنین نسبت به اختلال خارجی کراندار با کران نامعین می باشد. لازم به ذکر است که نتایج نشان می دهد در حضور اختلال نیز هدف پایداری مجانبی برآورده می شود در حالی که در بیشتر منابع مربوط به کنترل تطبیقی مقاوم، با لحاظ کردن اثر اختلال در سیستم، تنها همگرایی به سمت یک گوی حاصل شده است. نتایجی که ذکر شد، برای سیستمهایی با خرابیهای عملگر از نوع قفل شونده ثابت بدست آمده است. با توجه به اینکه بسیاری از خرابیهای سیستم را می توان با خرابیهای عملگر قفل شونده متغیر با زمان مدل کرد، در فصل پنجم رساله حل مسئله برای دسته کلی تری از خرابیها که هم خرابیهای عملگر قفل شونده متغیر با زمان و هم خرابیهای عملگر کاهش اثر را در بر می گیرند، مد نظر قرار گرفت. این هدف با طراحی یک کنترل کننده فیدبک حالت تطبیقی برآورده شد. موارد زیر از جمله ویژگی های کنترل کننده طراحی شده در این فصل است. - برای کنترل سیستمهای با پارامترهای نامعین و شامل چندین تأخیر در حالتها مناسب است. - هدف کراندار بودن سیگنالهای حلقه بسته و تعقیب مجانبی حالتها را برآورده می کند. - تعمیم نتایج جبرانسازی خرابی تطبیقی فیدبک حالت سیستمهای بدون تأخیر به سیستمهای تأخیردار را ممکن می سازد. - ساختار کنترل کننده طراحی شده در مقایسه با کنترل کننده های فیدبک خروجی، ساده تر است. در صورتی که حالتهای سیستم در دسترس نباشند یا اگر سیستمی قیود مطرح شده را برآورده نسازد، دیگر نمی توان از کنترل کننده فیدبک حالت پیشنهادی استفاده کرد. بنابراین، طراحی کنترل کننده فیدبک خروجی برای جبران خرابیهای عملگر متغیر با زمان از اهداف مهم برای ادامه کار 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.

در سه دهه اخیر پایداری و مقاومت درایوهای الکتریکی نسبت به نامعینی های پارامتریک و گشتاور بار نامشخص محققیق و مهندسین طراح در این زمینه را با چالش مواجه کرده است. به منظور حل این مساله کنترل کننده های تطبیقی غیرخطی برای این سیتمها طراحی شد. در سالهای اخیر با وجود اینکه این کنترل کننده ها برای ماشین القایی قفسه سنجابی طراحی شده اند ولی ماشین القایی تغذیه شده از دوسو کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در انی پایان نامه کنترل درایو القایی روتوریسم پیچی شده از نوع کنترل توان لغزشی فاصله هوایی با استفاده از روشهای کنترل غیر خطی مورد بررسی قرار میگیرد. ابتدا بر اساس تئوری کنترل فیدبک حالت خروجی یک کنترل کننده مقاوم به منظور کنترل مستقل توانهای اکتیو وراکتیو استاتور با استفاده از اینورتر سه فاز از نوع مدولاسیون بردار فضایی دو سطحی طراحی میشود. در ادامه با استفاده از رویتگر حالت و بر اساس روش گام به گام به عقب تطبیقی به منظور کنترل مستقل توانهای اکتیو استاتور کنترل کننده ای بدون استفاده از نمونه بردار سرعت طراحی میشود. در قدم دوم به منظور کنترل گشتاور و تنظیم ضریب توان واحد در حالت دایم کنترل کننده و نامعینی های مقاومت های استاتور و روتور میباشد. در پایان و با استفاده از کنترل مدلغزشی ابتدا کنترل کننده مدلغزشی به منظور کنترل مستقیم گشتاور و شار روتور برای درایو مد نظر طراحی میگردد و سپس با استفاده از رویتگر حالت بر پایه روش گام به گام به عقب تطبیقی مقاومت روتور و استاتور همچنین شار روتور تخمین زده میشود. و در اختیار کنترل مدلغزشی طراحی شده قرار میگیرد.

سیستم های فازی تاکاگی – سوگنو به عنوان یک مدل مناسب برای خطی سازی محلی یک سیستم غیر خطی و ارایه رفتار سیستم غیر خطی اصلی از طریق ارتباط میان این زیر سیستم ها توسط توابع عضویت اختصاص داده شده به هریک، توجه زیادی را به خود جلب نموده است. تحلیل پایداری و پایدار سازی اینگونه سیستم ها به دلیل برخورداری از ساختار شبه خطی، پیشتر بر مبنای توابع لیاپانوف ارایه شده برای سیستم های خطی انجام گرفته است. یکی از توابع پرکاربرد در این زمینه، تابع لیاپانوف مرتبه دوم است که به یافتن یک ماتریس مثبت معین مشترک میان تمامی زیر سیستم های پایدار اختصاص دارد. این روش پس از حدود یک دهه از ارایه آن، به خوبی مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته و الگوریتم های بسیاری جهت بهبود شرایط مرتبط با آن و همچنین حل مسایل متفاوت مطرح در کنترل کلاسیک از جمله کنترل مقاوم و بهینه ارایه شده است. با این حال عدم وجود یک ارتباط مشخص میان ساختار ماتریس های زیر سیستم و پایداری سیستم فازی با استفاده از تابع لیاپانوف فوق، عدم تضمین وجود کارآیی سراسری برای سیستم فازی و همچنین افزایش و پیچیدگی ساختار ماتریس هایی که در حل مساله lmi برای پایدار سازی سیستم فازی بر مبنای تابع لیاپانوف فوق به کار می روند، با وجود نامعینی ها و تعدد قوانین، باعث شده تا همواره تلاش هایی در جهت ارایه روش ها و توابع دیگر جهت حل مسایل فوق انجام گیرد. در این پایان نامه به تحلیل پایداری و ارایه الگوریتم پایدار سازی برای سیستم های فازی تاکاگی- سوگنو زمان پیوسته بر مبنای تابع لیاپانوف مشتق ناپذیر می پردازیم. نشان خواهیم داد که بر خلاف تحلیل بر پایه تابع لیاپانوف مرتبه دوم که دیدگاهی در رابطه با ساختار ماتریس ها و پایداری سیستم فازی ارایه نمی دهد، تابع لیاپانوف مشتق ناپذیر پیشنهادی اذعان می دارد که غلبه قطری بودن ماتریس های زیر سیستم (با معیاری که معرفی شده است)، پایداری سراسری سیستم فازی را تضمین می نماید. از جانب دیگر، ساختار ارایه شده در این پایان نامه برای پایدار سازی، استفاده از کنترل کننده فیدبک حالت استاتیکی است. نشان خواهیم داد که الگوریتم پیشنهادی به نسبت دیگر روش هایی که از ساختار فیدبک حالت استاتیکی بهره می گیرند از برتری محسوسی برخوردار است. همچنین الگوریتم پیشنهادی توانایی مقابله با نامعینی های موجود در ماتریس های مقادیر ویژه را دارا بوده و ضمنا، شرایطی که به سیستم حلقه بسته تحمیل می نماید، باعث قرار گرفتن مقادیر ویژه سیستم حلقه بسته در ناحیه ای مطلوب برای پاسخ سیستم می گردد. این الگوریتم قابلیت پیاده سازی به صورت کنترل کننده فازی را نیز داراست و می تواند برای دستیابی به عملکرد مطلوبتر، از چنین ساختاری بهره گیرد.

موتور القایی خطی دارای مزایای متعددی از جمله نیروی راه اندازی زیاد، حذف جعبه دنده بین موتور و قسمت متحرک، کاهش تلفات مکانیکی، عملکرد در سرعت بالا، صدای کم و ... است. با توجه به این مزایا موتر القایی خطی کاربردهای فراوانی در فرایندهای صنعتی و سیستمهای حمل و نقل یافته است. با وجود این مزایا، موتور القایی خطی کاربردهای فراوایی در فرایندهای صنعتی و سیستمهای حمل ونقل یافته است. با وجود این که اصول کنترل درایو مونر القایی خطی شبیه نوع دوار آن است ولی خصوصیات کنترلی آن پیچیده تر است که این امر ناشی از عوامل متعددی از جمله متغیر بودن پارمترهای ناشی از تغییر سرعت موتور و دما و اثر لبه انتهایی میباشد. در این پایان نامه با استفاده از روشهای خطی سازی با فیدبک، کنترل مدلغزشی، گام به گام، به عقب تطبیقی و شبکه های عصبی، کنترل تعقیب سرعت و شار یک درایو القایی خطی مورد بررسی قرار میگیرد. در ابتدا کنترل کننده هایی برای سیستم موتور القایی خطی در سرعت های پایین پیشنهاد میشوند و نتایج شبیه سازی کامپیوتری آن ارائه میگردد. با توجه به ماهیت موتور القایی خطی و وجود نامعینی ها قابل توجه در پارامترهای آن و همچنین پیچیده بودن شکل معادلات، کنترل کننده ها و روشهای تخمین ارائه شده عملا نمیتوانند در سرعت های بالاتر کارایی مناسبی را برای سیستم درایو تضمین کنند. با این رویکرد، در ادامه با در نظر گرفتن اثر لبه، کنترل کننده مقاوم مد لغزشی شار و سرعت و تخمین گر شار ثانویه و همچنین کنترل کننده موقعیت، بر روی موتور القایی خطی پیاده سازی میشوند. در پایان با استفاده از کنترل کننده گام به گام به عقب تطبیقی و شبکه های عصبی، کنترل تعقیب سرعت و شار یک درایو القایی خطی مورد بررسی قرار میگیرد. در ابتدا کنترل کننده هایی برای سیستم درایو موتور القایی خطی در سرعت های پایین پیشنهاد میشوند و نتایج شبیه سازی کامپیوتری آن ارائه میگردد. با توجه به ماهیت موتور القایی خطی و وجود نامعینی های قابل توجه در پارامترهای آن و همچنین پیچیده بودن شکل معادلات، کنترل کننده ها و روشهای تخمین ارائه شده عملا نمیتوانند در سرعت های بالاتر کارایی مناسبی را برای سیستم درایو تضمین کنند. با این رویکرد در ادامه با در نظر گرفتن اثر لبه، کنترل کننده مقاوم مد لغزشی شار و سرعت و تخمین گر شار ثانویه و همچنین کنترل کننده موقعیت، بر روی موتور القایی خطی پیاده سازی میشوند. در پایان با استفاده از کنترل کننده گام به گام به عقب مقاوم به عقب مقاوم به کمک شبکه های عصبی، سرعت و شار ثانویه با در نظر گرفتن اثر لبه کنترل میشوند.

استفاده از موتور رلوکتانس سوئیچ شونده، دلیل ساختار ساده، ارزان قیمت بودن، قابلیت کار در سرعت های بالا و نیز پیشرفت در تکنولوژی نیمه هادی ها، در لوازم خانگی و صنعت پیشرفت چشم گیری داشته است. نوتور رلوکتانس سوئیچ شونده دارای طبیعتی به شدت غیر خطی است و این امر گشته که کنترل این موتور با دشواری های بسیاری همراه گردد. از طرفی وجود نامعینی در پارامترهای سیستم از جمله مقاومت، اندوکتانس، اینرسی و بار خارجی بر این مشکلات می افزاید. هدف از این پایان نامه استفاده از روش کنترلی جدید با نام گام به عقب (back-stepping) در طراحی کنترل کننده برای موتور رلوکتانس سوئیچ شونده می باشد. در ابتدا ساختار موتور بررسی و ویژگی های آن تشریح شده است. از آنجا که داشتن مدلی دقیق از موتور می تواند در جهت شبیه سازی و بررسی بهتر نتایج حاصل از عملکرد کنترل کننده بر روی موتور مفید واقع گردد، لذا برای این موتور، یکی از جدیدترین مدل های تحلیلی غیر خطی بر اساس اندوکتانس فازی ارائه گردیده و سپس با معرفی روش کنترل غیر خطی گام به عقب وفقی و تشریح نحوه طراحی سیستماتیک برای سیستم های قابل تبدیل به سیستم اکیدا فیدبک، دو کنترل کننده موقعیت و یک کنترل کننده غیر خطی سرعت برای موتور رلوکتانس سوئیچ شونده طراحی شده است. سپس یک کنترل کننده خطی موقعیت و نیز یک کنترل کننده خطی سرعت طراحی گردید تا بتوان بین این کنترل کننده با کنترل کننده غیر خطی پیشنهادی در شرایط نا نعین بودن بار و دیگر پارامترهای موتور و نیز وجود اشباع در موتور مورد شبیه سازی قرار گرفتند. نتایج حاصل از شبیه سازی حاکی از این مسئله است که عملکرد کنترل کننده های پیشنهادی بسیار مناسب می باشد. و این کنترل کننده ها به خوبی در مقابل تغییرات و وجود پارامترهای نا معین در سیستم مقاوم بوده و می توانند با تولید ورودی مناسب به موتور اثرات آن ها را خنثی کنند.

در این رساله، راهبرد وفقی جهت دفع اختلالات نیروی خارجی ناشناخته وارد بر ربات ارایه شده است. در این راهبرد، فیدبک موقعیت و سرعت مفاصل، و پیش تغذیه نیرو در کنترل سیستم و دفع اختلالات نیرو مورد استفاده قرار گرفته اند. سیگنال های موقعیت و سرعت با استفاده از سنسورهای مربوط، و سیگنال نیرو به دلیل پر هزینه بودن و مشکلات فنی به کارگیری سنسور نیرو، با استفاده از تخمین زن وفقی نیرو استخراج شده اند. بر مبنای این تخمین زن، الگوریتم های وفقی جهت کنترل بازوی ربات به گونه ای پیشنهاد شده اند که برای حالات در نظر گرفته شده، سیستم کنترل قابلیت دفع اختلالات نیرو را داشته و در نتیجه، ربات توانایی تعقیب مسیر حرکت مورد نظر را داشته باشد. الگوریتم های مناسب برای حالتی که دینامیک ربات کاملا مشخص است و نیز حالتی که پارامترهای دینامیکی ربات نامعین می باشند ارایه گردیده اند. در هر یک از این حالات، نوع محدوده و شرایط پایداری سیستم حلقه بسته تحلیل و اثبات شده اند. از آنجایی که نامعینی غیر ساختاری می تواند تاثیر قابل ملاحظه ای در تقلیل عملکرد و پایداری سیستم داشته باشند، جهت مقاوم کردن سیستم کنترل نسبت به این نوع نامعینی، یک الگوریتم کنترل وفقی مقاوم پیشنهاد شده و پایداری یکنواخت آن در قالب یک فضیه اثبات شده است. پایداری مجانبی یکنواخت سراسری (guas) و کراندار بودن نهایتا یکنواخت (uub) خطای تعقیب با قوانین کنترلی پیشنهادی برای حالت های خاص تضمین گردیده اند. مطلوبیت عملکرد و کارآمد بودن هر یک از روش های پیشنهادی، و نیز صحت نتایج حاصل از مباحث تیوری با استفاده از نتایج شبیه سازی انجام شده بر روی یک بازوی ربات نمونه نشان داده شده است.

پدیده ضربه در دنیای واقعی وجود دارد. در بسیاری از موارد، هنگام سوئیچ، اثر ضربه اتفاق می افتد، این امر منجر به ایجاد یک طبقه خاص از سیستم های ترکیبی مانند سوئیچینگ ضربه می شود. در دهه گذشته اهمیت این سیستم ها توسط بسیاری از محققان به دلیل داشتن کاربردهای گسترده ای در مکانیک، مدیریت جمعیت بیولوژیکی، کنترل کیفی، تنظیم مدار ماهواره ای، مسائل بهینه سازی غیرهموارکشف شد. لازم به ذکر است، اگرچه سیستم های ضربه و سیستم های سوئیچینگ در مهندسی کنترل و ریاضی مورد مطالعه قرار گرفته اند اما هنوز سوالات بسیاری مربوط به سیستم های سوئیچینگ ضربه وجود داشته، بنابراین توجه خاصی به این سیستم ها می شود. هدف از این پایان نامه، بررسی سیستم سوئچینگ ضربه نامعین به همراه تاخیر حالت است، سیستم مورد مطالعه دارای چند تاخیرزمانی متفاوت، اختلال، اغتشاش و نامعینی غیرخطی است، پارامتر متغیر با زمان در نامعینی، دارای نرم محدود می باشد، اختلال، تابعی از زمان، متغیر های حالت و متغیرهای حالت تاخیر یافته است. درگام اول، پایداری مجانبی سراسری سیستم را بدون ورودی و اغتشاش بررسی می شود. درگام دوم، عملکرد h_? برای سیستم بدون ورودی، مورد آزمایش قرار می گیرد. در گام سوم، پایدارساز مقاوم h_? و کنترل کننده ضربه برای پایدارسازی سیستم حلقه بسته به همراه اغتشاش طراحی می شود، با استفاده از روش توابع لیاپانوف کراسوفسکی، شرایط کافی برای اطمینان از پایداری مجانبی سراسری، عملکرد تضعیف اختلال h_? و پایداری مقاوم h_? به شکل نامساوی ماتریس خطی بیان می گردد. سپس با استفاده ازتوابع لیاپوف و روش رازمیخن، شروط لازم برای پایداری مجانبی سراسری تعیین می شود، در نهایت تعدادی مثال ارائه شده است تا موثر بودن نتایج بدست آمده نشان داده شود.

کنترل سیستم های دارای محدودیت هم به لحاظ عملی و هم به لحاظ تحقیقاتی یکی از مسائل مهم زمینه ی کنترل است که در دهه های اخیر توجه بسیاری از محققین این زمینه را به خود جلب کرده است. دسته ی مهمی از تحقیقات به مسأله کنترل بدون افست مراجع ورودی تکه ای ثابت، به عنوان یکی از مسائل عملی و مرسوم حوزه ی دانش و تکنولوژی که نمونه ی بارز آن کنترل فرآیندهای مهندسی شیمی می باشد، پرداخته اند. وجود اختلال و عدم تطابق مدل، مسأله ی کنترل را با الزام ارضای مقاوم محدودیت های سخت روبرو می کند، که به نوبه ی خود پیچیدگی سیستم کنترل را افزایش می دهد. الگوریتم های کنترل موجود که مسأله ی کنترل سیستم های دارای محدودیت را مطرح می کنند، معمولا بر اساس ایده هایی از تغییرناپذیری مجموعه، گاورنرهای ورودی مرجع، کنترل پیش بین و الگوریتم های anti-windup استوار هستند. دسته ی دیگر الگوریتم هایی هستند که با افزودن بخشی در قالب گاورنر مرجع به توابع هدف کنترل پیش بین، تلاش می کنند برخی از نارسایی های جدی کنترل پیش بین در حل مسأله ی تعقیب مراجع متغیر و غیر مُجاز را رفع کنند. گاورنرهای موجود علاوه بر نیاز مبرم به اندازه گیری مقدار واقعی حالت سیستم، استاتیک بوده و عکس العمل سیستم کنترل در نقاط تغییر ورودی مرجع را محدود می کند. در این رساله سعی شده است تا با ارائه ی یک گاورنر مرجع مبتنی بر کنترل پیش بین بدون نیاز به محاسبه ی مقادیر هدف ورودی و حالت (مرسوم در بسیاری از روش های مبتنی بر کنترل پیش بین) و حصول رفتار دینامیک برای ورودی مرجع اعمال شونده، سرعت عکس العمل گاورنرهای مرجع را افزایش دهیم و در کنار کارآیی های ویژه ی آنها، انعطاف پذیری ساختار کنترل پیش بین را نیز به آن بیافزاییم. برخلاف گاورنرهای مرجع موجود، ساختار ارائه شده قابلیت تنظیم سیگنال های داخلی را نیز داشته و به رفتار بهتر در حالت گذرا کمک می کند. نسخه ی مقاوم و بدون سنسور روش ارائه شده برای سیستم های در معرض اختلال و عدم تطابق مدل نیز توسعه یافته است. در ادامه، نسخه ی توزیع شده ی روش ارائه شده را برای کنترل دسته ای از سیستم های خطی با ابعاد بزرگ و دارای محدودیت - جایی که الگوریتم های استاندارد گاورنر مرجع از دستیابی به آن بازمانده اند - گسترش می دهیم.

سیستم ناوبری اینرسی (ins) یک واحد اندازه گیری اینرسی (imu) را برای تشخیص دقیق سرعت زاویه ای و شتاب خطی به کار می برد که این اندازه گیریها به ترتیب از سه ژیروسکوپ متعامد و سه شتاب سنج متعامد حاصل می شوند. تحلیل انتشار خطا یکی از مهمترین موضوعات در بحثهای مربوط به ins است و در بسیاری از کارهای تحقیقاتی مد نظر قرار گرفته است. هر خطا در ins به صورت تجمعی در طول زمان افزایش می یابد. این خطاها، عملکرد و دقت ناوبری این سیستم را تعیین می کنند. تحلیل خطا بر اساس مدلهای خطا صورت می گیرد. مدلهای خطا به منظور آشکارسازی خرابیهای بلادرنگ و ترکیب داده های ناوبری در الگوریتم های ins به کار گرفته می شوند. اغلب نوشته های ins، به تحلیل و مدلسازی نحوه ی انتشار خطای این سیستم مرتبط هستند. در این پایان نامه برای هر یک از منابع خطای سیستم ناوبری اینرسی، مدلهای تحلیلی مجزایی پیشنهاد شده است که خطای این منابع را با دقت بالا به خطای تعیین موقعیت این سیستم مرتبط می سازند. در واقع مدلهای خطای ژیروسکوپ ها و شتاب سنج ها و سایر منابع خطا به صورت مجزا، خطای ایجاد شده در محاسبه ی سرعت و موقعیت یک سیستم ناوبری اینرسی را تعیین می کنند. در ادامه، حاصل خطاهای محاسبه شده به همراه خطاهای سیستماتیک ناشی از تغییرات پارامترهای ins همانند شتاب و سرعت زمین، در نظر گرفته می شوند و یک ساختار جدید برای مدلسازی خطای ins در روش phi-angle پیشنهاد می گردد. این الگوریتم مبتنی بر چارچوب واقعی بوده و نسبت به الگوریتم های متداول دیگر دارای ویژگیهای خاصی است. یکی اینکه، برای مدلسازی پیشنهادی خطای ins، تمامی خطاها از جمله نرخ تغییرات وضعی زمین و تنظیمات اولیه ی سیستم ناوبری در مدل لحاظ شده است. ویژگی دیگر این مدلسازی پیشنهادی، تحلیل خطای سیستم ناوبری اینرسی در سراسر محدوده ی تغییرات زاویه ای ممکن بین چارچوب واقعی و چارچوب صفحه ی نصب است.

با پیشرفت علم الکترونیک و گسترش استفاده از آن در خودرو، به منظور هماهنگی بیشتر در عیب یابی، خودروسازان و دیگر سازمانهای مربوطه، استانداردی به نام obd را به وجود آوردند. سطح بالاتر این استاندارد، obd ii می باشد. یکی از مشکل ترین قوانین در این مقررات، تشخیص بدسوزی در موتور می باشد. از آنجا که بدسوزی آلودگی شدید ناشی از موتور را به دنبال دارد و همچنین موجب آسیب مکانیکی به قطعات موتور می شود، لذا پرهیز از آن بسیار با اهمیت می باشد. به همین دلایل امروزه در بخش طراحی کنترل کننده موتور، توجه به تشخیص بدسوزی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است، تا خودرو بتواند مقررات obd ii را ارضا نماید. در این پایان نامه، ابتدا مدل گسسته دینامیکی غیرخطی برای فرآیند احتراق موتور در نظر گرفته می شود. در این مدل، وقوع جرقه زنی نرمال یا بدسوزی به عنوان ورودی تحریک سیستم و نوسانات سرعت میل لنگ به عنوان خروجی سیستم در نظر گرفته می شود. سرعت جاری میل لنگ متناسب با رویداد جرقه زنی جاری و پیشین و همچنین سرعتهای گذشته است. چنانچه سیستم معکوسی از سیگنال نوسانات سرعت به سیگنال وقوع جرقه زنی بدست آید، به دلیل داشتن سیگنال به نویز بهتر در سیگنال خروجی نسبت به سیگنال ورودی، تشخیص بهتر انجام خواهد یافت. به منظور شناسایی سیستم از یک شبکه عصبی دینامیکی دو لایه استفاده شده است و از آنجایی که سیگنال های جرقه زنی گذشته بر روی سیگنال جرقه زنی فعلی تاثیر گذار است، مسیر فیدبکی از خروجی به ورودی در نظر گرفته می شود. و برای آموزش شبکه از قانون پس انتشار خطا استفاده می شود. مزیت این روش نرخ نمونه برداری پایین داده است، که یک نقطه داده در هر رویداد جرقه زنی می باشد. در یک موتور چهار سیلندر این نرخ معادل یک داده در هر 180 درجه چرخش میل لنگ است که به راحتی از کنترل کننده الکترونیکی موتور بدست می آید. داده ها که شامل سیگنال رویداد جرقه زنی، نوسانات سرعت میل لنگ، میانگین سرعت و میانگین فشار مطلق مانیفولد می باشند، در شرایط مختلف کارکرد موتور گرفته شده و بر اساس این داده ها آموزش شبکه انجام می پذیرد. مطابق نتایج بدست آمده در شبیه سازیها، شبکه به خوبی بدسوزیهای مختلف را تشخیص می دهد. با توجه به نرخ نمونه برداری بسیار پایین در این روش، در مقایسه با روش های دیگر که نیاز به نرخ نمونه برداری بسیار بالایی دارند، روش مناسبی برای تشخیص می باشد.

چکیده تغییرات طول قوس کوره قوس الکتریکی باعث تغییرات ولتاژ در محل اتصال کارخانه فولاد به شبکه سراسری و بوجود آمدن فلیکر میشود. به طور معمول برای کاهش فلیکر از svc استفاده میشود که با تزریق توان راکتیو مخالف توان راکتیو کوره، تغییرات توان راکتیو در نقطه اتصال کارخانه به شبکه را حذف میکند. به علت وجود تاخیر زمانی در حدود نیم سیکل در پاسخ svc، امکان جبران کامل فلیکر ناشی از تغییرات توان راکتیو کوره وجود ندارد. برای جبران این تاخیر زمانی و بهبود عملکرد svc در جبران فلیکر می توان مقدار توان راکتیو کوره را برای نیم سیکل بعد پیش بینی و از مقدار پیش بینی شده در آلگوریتم کنترل svc استفاده کرد. پیش بینی توان راکتیو، مستلزم داشتن مدل دینامیکی کوره قوس است. به منظور بدست آوردن مدلهای مناسب برای توان راکتیو کوره های قوس برای اولین بار در این رساله اندازه گیریهای زیادی از ولتاژ و جریان کوره های مجتمع فولاد مبارکه انجام و سریهای زمانی توان راکتیو بر اساس تعریفهای مختلف از توان راکتیو محاسبه می شوند. برای مدلسازی توان راکتیو کوره قوس و استخراج مشخصات مدلهای مطلوب، سه مجموعه مطالعات شامل تحلیلهای خطی سریهای زمانی، محاسبه بهنگام ضرایب مدل و تحلیل غیر خطی سریهای زمانی انجام می شود. روند مطالعات شامل اندازه گیریهای فراوان و سه مرحله تحلیل به همراه جزئیات آنها، کارهای جدیدی است که در این رساله انجام شده است. در تحلیل خطی، از مدلهای تصادفی خطی arma برای سریهای زمانی توان راکتیو استفاده و با بکار گیری انواع روشهای آماری، مشخصات آماری سریهای توان راکتیو و رتبه مدلهای مناسب arma برای آنها تعیین می شود. با استفاده از این تحلیل نشان داده می شود که سریهای زمانی توان راکتیو 10 ثانیه ای فرایندهای ایستایی هستند که لازم است حتما توسط مدلهای arma مدلسازی شوند. مطالعات مدلهای arma(2,1)، arma(2,2) و arma(3,2) را برای این منظور پیشنهاد می دهند. به علاوه در این تحلیل، مدلهای برداری arma نیز مورد بررسی قرار می گیرند. همچنین با تعریف شاخصهای مناسب مبتنی بر مفاهیم اولیه فلیکر ناشی از تغییرات توان راکتیو و طیف فرکانسی سریهای زمانی، کارایی استفاده از پیش بینی توان راکتیو در عملکرد svc نسبت به حالت عدم استفاده از آن اثبات می شود. با توجه به اینکه ضرایب مدلهای arma برای سریهای زمانی توان راکتیو کوره برای زمانها و کوره های مختلف متفاوتند، در عمل لازم است ضرایب مدل توسط روشهایی دائما به روز شوند. به این دلیل از روشهای nlms، rls و ژنتیک به هنگام استفاده و بر اساس شاخصهای تعریف شده عملکرد گذرا و دائمی آنها در تعیین دقیق ضرایب مدل مورد بررسی قرار می گیرد. بخش سوم مطالعات شامل تحلیل غیر خطی سریهای زمانی است. در این مطالعات، پارامترهای غیر خطی برای سریهای زمانی محاسبه و با بکار گیری آزمونهای مختلف در روش اطلاعات جانشین، نشان داده می شود که 20 تا 60 درصد سریهای زمانی توان راکتیو دارای خواص غیر خطی هستند. به علاوه با محاسبه بزرگترین مولفه لیاپانوف برای سریهای زمانی مشخص می شود که آنها فرایندهای آشوبناک نیستند. همچنین با استفاده از روندی جدید و بکارگیری سریهای زمانی باقیمانده ها وجود مولفه های قطعی و تصادفی در سریهای زمانی توان راکتیو مورد بررسی قرار گرفته و با تعریف شاخصهای مختلف، نسبت مولفه قطعی غیر خطی به مولفه قطعی کل برای سریهای زمانی تعیین می شود. مطالعات نشان میدهند که مولفه غیر خطی قطعی نسبت به کل مولفه ها قطعی ناچیز است و در مدلسازی توان راکتیو کوره می توان از آن صرفنظر نمود.

در دو دهه¬ی گذشته سیستم¬های سوئیچینگ اهمیّت فراوانی در مدل¬¬سازی و طرّاحی کنترل¬کننده¬ها در بسیاری از فرآیندها، ازجمله کنترل هواپیما، شبکه¬های قدرت و سیستم¬های بیولوژیکی یافته است. همانند سایر سیستم¬های کنترل، بررسی پایداری و طرّاحی کنترل¬کننده¬های مناسب برای داشتن عملکرد مطلوب در این سیستم¬ها از جایگاه ویژه¬ای برخوردار است. بخشی از این پایان نامه به معرفی انواع سیستم¬های سوئیچینگ و دلایل استفاده از آن¬ها پرداخته است. بر اساس مکانیزم سوئیچ سیستم¬های سوئیچینگ به سه دسته سوئیچ دلخواه، سوئیچ وابسته به زمان و سوئیچ وابسته به حالت تقسیم بندی می¬شود. روش¬های بررسی پایداری سیستم¬های سوئیچینگ براساس نوع سیستم تفاوت می¬کند؛ به عنوان مثال در سوئیچینگ دلخواه از توابع لیاپانوف مشترک و در سوئیچینگ وابسته به زمان براساس توابع لیاپانوف چندگانه آنالیز پایداری صورت می¬گیرد. همچنین پایداری دسته وسیعی از سوئیچ¬های وابسته به زمان یعنی سوئیچینگ آهسته از طریق قضایای زمان توقف، زمان توقف میانگین و زمان توقف میانگین وابسته به زیرسیستم فعّال بیان شده است. در کنترل سیستم¬های سوئیچینگ مبحث غیرهمزمان بودن سوئیچ سیستم و کنترل¬¬کننده همواره مشکلاتی در عمل برای پایداری و داشتن عملکرد مطلوب ایجاد می¬کند. بررسی پایداری سیستم¬های سوئیچینگ وابسته به زمان دارای زیرسیستم¬های ناپایدار و در حضور غیرهمزمانی دو سوئیچ، موضوع اصلی این پایان نامه را تشکیل می¬دهد و با استفاده از توابع شبه لیاپانوف شرایطی برای تضمین پایداری آن¬ها در حالت پیوسته و گسسته بدست آمده است. آخرین مسئله¬ی بررسی شده در این پایان¬نامه طرّاحی کنترل¬کننده¬های فیدبک حالتی است که بتوانند شرایط پایداری و همچنین شرایط مورد نظر طرّاح از جمله حداقل زمان فعّالیّت زیرسیستم¬های پایدار را فراهم کند. در طرّاحی کنترل¬کننده¬ها از توابع لیاپانوف مورد استفاده در تحلیل پایداری سیستم استفاده شده است که ¬نامساوی¬های ماتریسی غیرخطی تولید می¬کنند. از این رو با استفاده از تبدیل¬های تجانسی و تغییرمتغیر¬های خاص این نامساوی¬ها را به ¬نامساوی¬های ماتریسی خطی تبدیل کرده تا بتوان با استفاده از حل¬کننده¬های متداول، به جواب مطلوب سریع تر دست یافت. به منظور نشان دادن کارایی روش¬ها ، شبیه¬سازی¬هایی در حالت پیوسته و گسسته در انتهاآورده شده است.

همزمان با پیچیده تر شدن سیستم قدرت، تجدید ساختار های ایجاد شده در آن و حرکت های نو صورت گرفته در راستای شبکه های الکتریکی هوشمند، استفاده از شبکه ی مخابراتی به عنوان بستر انتقال داده افزایش یافته است. مزایای فراوان سیستم های کنترل تحت شبکه سبب شده است تا به کارگیری آن ها در سیستم قدرت به عنوان یک ضرورت مطرح گردد. یکی از حوزه های مورد استفاده از سیستم های کنترل تحت شبکه در سیستم قدرت، پشتیبانی از سرویس های جانبی از جمله سیستم کنترل بار-فرکانس در محیط تجدید ساختار یافته می باشد. کنترل فرکانس– که به عنوان یکی از وظایف اصلی سیستم کنترل تولید خودکار شناخته می شود - یکی از مهم ترین مسائل کنترلی در طراحی و عملکرد سیستم قدرت بشمار می رود. در یک سیستم قدرت چند ناحیه ای بهم پیوسته، سیستم های کنترل تولید خودکار برای گروهی از نیروگاه ها طراحی و بکار گرفته می شود. نگه داشتن انحرافات فرکانس در محدوده مجاز و تبادلات توان بین نواحی کنترلی نزدیک به مقادیر برنامه ریزی شده ی خود دو وظیفه ی اصلی سیستم کنترل تولید خودکار می باشد. دریافت سیگنال از نواحی کنترلی و انتقال سیگنال های کنترلی کنترل تولید خودکار از طریق شبکه ی مخابراتی صورت می پذیرد. یکی از چالش هایی که در شبکه های مخابراتی برانگیخته می شود، تأخیر زمانی در ارسال و یا دریافت سیگنال های کنترلی است. تأخیر زمانی به گونه ای است که می تواند عملکرد سیستم کنترل بار-فرکانس را تحت تأثیر قرار دهد و یا حتی سبب ناپایداری سیستم قدرت گردد. در این پایان نامه، ابتدا به بررسی میزان تداخل و وابستگی بین نواحی کنترلی در سیستم قدرت چند ناحیه ای بهم پیوسته پرداخته شده است. با بررسی میزان تداخل و وابستگی بین نواحی کنترلی بر مبنای باند های گریشگورین در این پژوهش، این نتیجه حاصل شد که تداخل بین نواحی کنترلی در سیستم قدرت سنتی و تجدید ساختار یافته میزان قابل ملاحظه می باشد. از این رو، انتظار می رود تا با به کارگیری ساختار کنترلی توزیع شده بتوان عملکرد کنترلی سیستم کنترل تولید خودکار را بهبود داد. در ادامه، با ارائه ی دو روش کنترلی جدید به طراحی کنترل کننده ی مقاوم بر مبنای معماری کنترلی توزیع شده برای سیستم کنترل تولید خودکار پرداخته شده است. در روش کنترلی اول، اثر تداخلی بین نواحی کنترلی در سیستم قدرت چند ناحیه ای به صورت ورودی در معادلات حالت هر ناحیه ی کنترلی در نظر گرفته شده است. در این روش، قانون کنترلی در هر ناحیه ی کنترلی به گونه ای پیشنهاد شده است تا کنترل کننده در هر ناحیه، علاوه بر اطلاع از حالت های ناحیه ی کنترلی خود، از حالت های نواحی کنترلی مجاور خود نیز اطلاع داشته باشد و در نتیجه، کنترل کننده با اطلاعات بیشتر به کنترل سیستم بپردازد و بهبود بیشتری در پایداری و عملکرد سیستم ایجاد نماید. در روش کنترلی دوم، اثر تداخل بین نواحی کنترلی به عنوان اختلال در نظر گرفته شده است. ساختار کنترلی پیشنهادی در این روش به گونه ای است که با وارد نمودن اندازه ی تأخیر در مراحل طراحی کنترل کننده و همچنین، در نظر گرفتن ماتریس های وزنی مناسب ؛ ضمن کاهش محافظه کاری، عملکرد مقاوم بهتری را در مقایسه با دیگر کنترل- کننده های مشابه از خود نشان می دهد. به منظور نشان دادن کارایی روش های پیشنهادی، شبیه سازی هایی در سیستم قدرت سه ناحیه ای بهم پیوسته انجام خواهد شد. این شبیه سازی ها، در دو محیط سنتی و تجدید ساختار یافته سیستم قدرت انجام شده و در سناریوهای مختلفی از بار، تأخیر های زمانی مختلف و در حضور نامعینی های پارامتری در سیستم، به ارزیابی کمی و کیفی نتایج به دست آمده خواهیم پرداخت. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که رویکرد های پیشنهادی می توانند در برابر نامعینی های پارامتری، اختلالات وارد بر سیستم قدرت ناشی از تغییرات بار و در حضور هر نوع تأخیر زمانی ثابت و یا متغیر با زمان، در مقایسه با کنترلکننده های مشابه پیشنهادی در مقالات دیگر، رفتار دینامیکی و مقاومت بهتری را از خود نشان می دهد.

انرژی یک کمیت اساسی در طبیعت بوده و بر اساس آن اولین قانون ترمودینامیک بنا گردیده است. عملگرها لزوماً انرژی را به سیستم تزریق می¬کنند و یا انرژی سیستم را از بین می¬برند. حس¬گرها به ¬منظور اندازه¬گیری برخی متغیرهای مورد¬ علاقه، انرژی سیستم را می¬گیرند. تمام الگوریتم¬های کنترلی که از فیدبک استفاده می¬کنند، حداقل یک متغیر فیزیکی سیستم را که باید کنترل شود، اندازه می¬گیرند؛ بنابراین تمام الگوریتم¬های کنترل باید حداقل یک عملگر به ¬منظور کنترل سیستم داشته¬ باشند؛ در نتیجه، به صورت غیرمستقیم، تمام الگوریتم¬های کنترلی بر انرژی سیستم اثر می¬گذارند. دو ایده اساسی در شکل دهی انرژی: تعادل انرژی و شکل دهی توان می باشد. دیگر الگوریتم¬های کنترلی می¬توانند تحت این دو عنوان طبقه¬بندی شوند. در کنترل کننده های شکل دهی انرژی به جای بررسی سیگنالی سیستم، سیستم¬های دینامیکی به عنوان دستگاه¬های تبدیل انرژی در نظر گرفته می¬شوند. کنترل کننده پمپ-میرایی نوعی از کنترل کننده های شکل دهی انرژی می باشد که به منظور حرکت از یک نقطه تعادل به نقطه تعادل دیگر طراحی شده است. بهینه سازی یک روش ریاضی است که با پیدا کردن بیشینه یا کمینه¬ی یک تابع در مناطق قابل بررسی سر و کار دارد. هیچ حرفه یا صنعتی وجود ندارد که متأثر از مسائل بهینه سازی نباشد. بسیاری از روش¬های بهینه سازی به دنبال یافتن بهترین راه حل هستند. بهینه سازی دسته ذرات نسبتاً یک روش جدید، پیشرفته و قدرتمند در بهینه سازی است که به صورت عملی نشان داده شده است که در بسیاری از مسائل بهینه سازی به خوبی عمل می کند. این پایان نامه نیز از این الگوریتم برای یافتن بهترین حل در تمام فضای جست و جو کمک گرفته است. در این گزارش پیشنهادی ارائه می¬گردد که هدفش بهینه کردن کنترل کننده های مبتنی بر انرژی با استفاده از یک تابع هدف ساده می باشد. روش به کار گرفته شده منجر به پاسخ سریع و خواص همگرایی مطلوب و نیز کاهش نوسانات سیستم می-گردد.

با افزایش تقاضا برای دستیابی به قابلیت اطمینان و ایمنی در سیستم های کنترل، تشخیص عیب و طراحی کنترل کننده با قابلیت تحمل عیب در سیستم های دینامیکی توجه قابل ملاحظه ای را به خود جلب کرده است. طراحی کنترل کننده سازش پذیر در برابر عیب روش موثری است که می تواند برای تأمین پایداری و قابلیت اطمینان سیستم بکار گرفته شود. آشکارسازی عیب که به منظور نمایش وضعیت سیستم و تعیین زمان وقوع عیب بکار می رود، اولین قدم برای طراحی کنترل کننده سازش پذیر در برابر عیب می باشد. به محض آشکارسازی عیب، تخمین گر عیب با هدف تخمین دامنه و شدت عیب به صورت بهنگام فعال می گردد. تخمین عیب از آن جهت که اطلاعات مفیدی در رابطه با عیب آشکار شده برای طراحی کنترل کننده فراهم می نماید، حائز اهمیت است. از طرفی در مقایسه با آشکارسازی عیب، تخمین عیب و طراحی کنترل کننده از دشواری های خاصی برخوردار است. در این رساله، مسئله آشکارسازی و تخمین عیب و طراحی کنترل کننده سازش پذیر در برابر آن مورد مطالعه قرار گرفته است. ابتدا، مسئله آشکارسازی و تخمین عیب در سیستم های غیرخطی نامعین بررسی می شود. در این راستا، یک روش آشکارسازی و تخمین عیب مبتنی بر شبکه موجک فازی تطبیقی ارائه می شود. روش پیشنهادی که در مورد هر دو نوع عیب ناگهانی و تکوینی در اجزاء و عملگرها قابل اعمال است، نیازمند هیچ گونه دانش اولیه ای از ماهیت عیب ها و تعداد آنها نبوده و عملکرد آن مستقل از ساختار کنترل کننده است. روش پیشنهادی به سیستم های غیرخطی لیپشیتز با حالت های غیرقابل اندازه گیری نیز تعمیم می یابد. هم چنین، حل مسئله آشکارسازی و تخمین عیب پارامتری در سیستم های غیرخطی لیپشیتز نامعین مورد مطالعه قرار گرفته و روشی مبتنی بر رویتگر تطبیقی ارائه شده است که از عملکرد مقاومی در برابر نامعینی مدل سازی و نامعینی اندازه گیری برخوردار است. در انتها، ساختار کنترل کننده سازش پذیر در برابر عیب که متشکل از یک کنترل کننده نامی مبتنی بر روش کنترل سطح دینامیکی، یک واحد آشکارسازی و تخمین عیب و یک مکانیسم جهت دستیابی به سازگاری در برابر عیب می باشد، ارائه می شود. کارایی و عملکرد روش های پیشنهادی در هر بخش، از طریق شبیه سازی هایی که بر روی مثال های کاربردی انجام شده است، نشان داده می شود.

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 انجام این رساله، ایجاد بهبود در نحوه عملکرد الگوریتم های تخصیص نرخ بهینه بر مبنای تابع سودمندی در شبکه های داده می باشد. الگوریتم تخصیص نرخ بهینه بر مبنای تابع سودمندی در ابتدا توسط دکتر گلستانی مطرح گردید. سپس kelly نشان داد که میتوان مسئله تخصیص نرخ بهینه را به دو زیر مسئله ساده تر تبدیل کرد که یکی توسط شبکه و دیگری توسط کاربرها حل میشود و نشان داد که مسئله شبکه در حقیقت، مسئله تخصیص نرخ با معیار عدالت تناسبی می باشد و دارای مزایای بسیاری از جمله شباهت با الگوریتم کنترل ازدحام در tcp/ip (روش aimd ) می باشد و همچنین پایداری و همگرائی الگوریتم را بفرم ریاضی نشان داد. ولی در عین حال الگوریتم kelly دارای برخی محدودیتها نیز می باشد که از آن جمله می توان به مشکل گسترش پذیری(scalability) و سرعت همگرائی کم و سربارهای محاسباتی زیاد اشاره کرد. در این رساله، به معرفی دو الگوریتم سلسله مراتبی، یک الگوریتم فازی و یک الگوریتم ترکیبی فازی- سلسله مراتبی با هدف برطرف کردن نقائص فوق الذکر میپردازیم تا ضمن برقراری عدالت تناسبی (?,?) به روشهای تخصیص نرخ با سرعت های همگرائی بالاتر دست یابند. ضمناً بررسی ریاضی پایداری الگوریتمهای مطرح شده، بررسی رفتار الگوریتمهای سلسله مراتبی در حضور ترافیک زمینه با نرخ متغیر، و بررسی پدیده ورود و خروج کاربرها به سیستم از دیگر مواردی می باشندکه در این رساله مورد بررسی قرار خواهند گرفت.

به منظور شناسایی و تخمین پارامتر مدل سیستم های غیرخطی روش های متنوعی وجود دارد که عمدتا همراه با تئوری و محاسبات پیچیده می باشند. اخیرا استفاده از روش های بهینه سازی تکاملی مبتنی بر جمعیت در شناسایی سیستم های غیرخطی موردتوجه قرار گرفته است. در این میان می توان روش بهینه سازی دسته ذرات (یا به اختصار pso) را نام برد. بهینه سازی دسته ذرات، برخلاف روش های تخمین پارامتر تکراری، نیازمند تعیین مقادیر اولیه پارامترهای مجهول مدل برای شروع الگوریتم نبوده و نیز بر خلاف روش های تخمین پارامتر مبتنی برگرادیان در نواحی بهینه محلی متوقف نمی شود. همچنین در سال های اخیر، این روش به دلیل بهره گیری از قواعد ساده و نرخ همگرایی بالا در رسیدن به جوابی در نزدیکی جواب بهینه، تا حد بسیار زیادی مورد توجه محققین قرار گرفته و در زمینه های مختلفی توانسته است نتایج قابل قبولی از خود نشان دهد. برای ارزیابی کارایی این الگوریتم به منظور تخمین پارامترهای مدل برای سیستم های غیرخطی استاتیکی، دو نمونه کابردی جدید در دو زمینه تفسیر داده های گرانی در مسائل اکتشافی به منظور تخمین عمق و شکل بی هنجاری های زیرسطحی و همچنین تخمین وضعیت نسبی ربات های همکار در ماموریت های گروهی ربات ها آورده شده است. تعیین عمق و ضریب شکل بی هنجاری های زیرسطحی یکی از مهمترین اهداف در ژئوفیزیک اکتشافی است. در این میان بی هنجاری های میدان گرانی از اهمیت ویژه ای در اکتشافات نفت و اکتشافات معدنی برخوردار هستند. بنابراین یافتن روشی بهینه برای تعیین عمق و ضریب شکل بی هنجاری از روی داده های گرانی، از مسائل مهم در ژئوفیزیک اکتشافی محسوب می گردد. در کاربرد دومی ما به دنبال تعیین وضعیت نسبی ربات های همکار در سیستم های چند رباته از روی جا به جایی های تخمینی هر ربات و همچنین اندازه گیری های فاصله ای ربات- به- ربات می باشیم. حل مسئله تعیین وضعیت نسبی ربات های همکار در سیستم های چندرباته می تواند به عنوان زیربنایی برای حل مسائل مکان یابی مشارکتی ربات ها و همچنین ایجاد هماهنگی کارامد بین رفتار های یک گروه از ربات ها برای انجام ماموریت های مختلف مطرح شود. به منظور اعمال روش pso در موارد نامبرده، مسئله تخمین پارامترهای مجهول به یک مسئله بهینه سازی چندبعدی تبدیل می شود و متناسب با اطلاعات تجربی در دسترس درباره مسئله، کران بالا و پایین، برای پارامترهای مجهول مدل غیرخطی استاتیکی در نظر گرفته می شود، سپس با توزیع تصادفی ذرات psoبه عنوان جواب های احتمالی در فضای n-بعدی کراندار (n تعداد پارامترهای مجهول)، در صدد یافتن پارامترهای بهینه مدل با دقت بالا می باشیم. در پایان برای بررسی دقیق تر موضوع، عملکرد الگوریتم پیشنهادی در قیاس با روش مرسوم حداقل مربعات غیرخطی محک زده شده است. نتایج این مقایسه نشان داد که تکنیک هوشمند pso روشی کارا جهت تخمین پارامترهای مجهول مدل های غیرخطی بوده و نسبت به سطوح بالای نویز دارای حساسیت کمتری می باشد که نشانگر ضریب اطمینان بالای این روش می باشد