کنترل فرآیندهایی که دارای تغییرات ناگهانی و بزرگ دررفتار و پارامترها هستند است مشکل می باشد. با یک کنترل کننده کلاسیک با پارامترهای ثابت احتمال ناپایداری بالا می باشد. در عین حال، کنترل کننده تطبیقی به اندازه ی کافی برای ردیابی تغییرات پارامترها سریع نمی باشد و خطای حالت گذرا در بعضی مواقع غیرقابل قبول است. کنترل کننده مقاوم معمولا به سبب محافظه کاری بیش از حد در مقابله با نامعینی بزرگ عملکردی ضعیف دارد. با مطرح شدن این بحث ها درکنترل فرآیند های غیر خطی،روش های مبتنی بر کلیدزنی یا ترکیب کنترل کننده های خطی ساده به عنوان یک راه حل قابل بحث مطرح می باشد. روش های کنترل پیش بین شامل تکنیک های مدل های چندگانه می توانند به سیستم های چند ورودی چند خروجی اعمال شوند و راه حلی بر ضعف های کنترل کننده پیش بین کلاسیک باشند. براساس این ایده، فضای پارامترهای یک فرآیند به زیرمجموعه های کوچکتری تقسیم می شوند. هر زیرمجموعه یک مدل متفاوت از فرآیند را توصیف می کند که نامعینی مدل سازی آن به مراتب کوچکتر است. براساس هر مدل یک کنترلگر طراحی می گردد که اگر پارامترهای فرآیند واقعی نزدیک مدل موردنظر قرار گیرد، مجموعه کنترل کننده طراحی شده و فرآیند عملکرد مطلوبی را در اختیار قرار دهد. این ایده، امکان مدل سازی یک فرآیند غیرخطی با مدل های محلی خطی را فراهم می آورد که فراهم شدن زمینه ای برای استفاده از تئوری کنترل خطی برای کنترل سیستم غیرخطی می شود. در پروژه حاضر، مساله کنترل پیش بین بر مبنای مدل های چندگانه با ترکیب وکلیدزنی مدنظر است. کلیدزنی به این مفهوم است که در هرلحظه از زمان، فرآیند توسط یک مدل خطی توصیف می شود. این پایان نامه ضمن بررسی روش های مختلف کنترل پیش بین بر مبنای مدل های چندگانه، دو نوآوری در کلید زنی برای الگوریتم ها بیان شده است. هدف در اینجا انتخاب کنترل کننده ای است که مناسب ترین رفتار را با توجه به رفتار سیستم در آن لحظه داشته باشد. روش های مختلف برای یک مدل استاندارد شبیه سازی شده ph مورد بررسی قرار گرفته است و علاوه بر آن، پیاده سازی آنها بر دستگاه آزمایشگاهی کنترل phامکان بررسی قابلیت های عملی هر یک را در عمل میسر می سازد.

کنترل کننده های غیرمتمرکز به دلیل سادگی طراحی و تنظیم و نیز هزینه کمتر نسبت به کنترل کننده های متمرکز، در سیستم های صنعتی به طور وسیع به کار می روند. انتخاب ساختار کنترل یا جفت سازی ورودی – خروجی، بخش مهمی از طراحی کنترل کننده های غیرمتمرکز را برای سیستم های چندمتغیره تشکیل می دهد. در این پایان نامه، ارتباط بین جفت سازی ورودی – خروجی و معیار به عنوان یک معیار پایش عملکرد سیستم های کنترلی بررسی شده است. با به کار گیری آرایه بهره نسبی (rga) که یکی از مهمترین ابزارها در انتخاب ساختار کنترلی است، و طراحی کنترل کننده مینیمم واریانس برای هر یک از جفت های ممکن، مقدار معیار harris می تواند جفت مناسب ورودی - خروجی را که منجر به واریانس مینیمم در خروجی می شود، تعیین کند. معیار harris با استفاده از ضرایب مارکوف تابع تبدیل سیستم حلقه بسته محاسبه می شود. با ارائه نتایج شبیه سازی، ایده اصلی این پایان نامه روشن شده است.

در این نوشتار الگوریتم کنترل پیش بین غیرخطی (nmpc) مبتنی بر مدل شبکه عصبی برای سیستمهای غیرخطی چندمتغیره پیشنهاد شده است. ابتدا یک مدل چند ورودی – چند خروجی (mimo) با استفاده از شبکه عصبی پرسپترون چندلایه (mlp) بدست می آید که با الگوریتم levenberg-marquardt و سیگنالهای آموزش باینری شبه تصادفی دامنه دار (aprbs) همراه با نویز آموزش می بیند. این مدل به عنوان یک مدل کلی برای تمام نقاط کاری مورد نظر می باشد. کنترل پیش بین نیز برای بهینه سازی سیگنال کنترل از الگوریتم levenberg-marquardt استفاده می کند. عملکرد کنترل با استفاده از مدل اغتشاش که هم عدم تطابق مدل و هم اغتشاش خارجی را جبران می کند، بهبود می یابد. نرخ آموزش شبکه تخمینگر اغتشاش به طور تطبیقی تغییر می کند تا با عدم تطابق مدل به طور جداگانه از اغتشاش خارجی برخورد کند. نتایج شبیه سازی و پیاده سازی عملی روی دستگاه چهارتانک مفید بودن این روش کنترلی را نشان می دهد.

کنترل بر اساس مدل های چندگانه یکی از روش های کنترلی است که درسال های اخیر برای کنترل سیستم های غیرخطی و سیستم هایی که تغییر ناگهانی دارند مورد توجه قرار گرفته است. این روش با وجود تمام مزایایی که دارد در پیاده سازی با مشکلاتی مواجه است. یکی از مشکلات مهم روش مدل های چندگانه یا روش های مبتنی بر کلیدزنی، پرش های خروجی در هنگام کلیدزنی است. حل این موضوع به مسأله انتقال بدون پرش معروف است، که محققان بسیاری بر روی آن کار کرده اند. روش چندتحققی به عنوان یک روش اشتراک گذاری حالت یکی از روش هایی است که برای حل مسأله انتقال بدون پرش ارائه شده است. مسأله چندتحققی را می توان مشابه مسأله تحقق دانست. همان طور که مسأله تحقق برای یک سیستم به صورت یافتن یک نمایش فضای حالت برای آن سیستم مطرح است، مسأله چندتحققی را می توان به صورت یافتن یک نمایش فضای حالت با پارامترهای قابل تنظیم برای یک مجموعه از توابع تبدیل مطرح نمود. در پژوهش های گذشته، این مسأله با استفاده از صورت پوپوف برای ماتریس های چندجمله ای حل شده است ولی راه حل ارائه شده بسیار پیچیده است. در این پروژه راه حل جدیدی با استفاده از ماتریس چندجمله ای به صورت هرمیت برای مسأله چندتحققی ارائه شده است که بسیار آسان تر از روش قبلی است و از مزایای دیگری همچون سادگی پیاده سازی نسبت به روش قبلی برخوردار است. همچنین در این پروژه روش ارائه شده پس از انجام مجموعه ای از شبیه سازی ها به صورت پیاده سازی بر روی سیستم چهارمخزن آزمایش شده است و نتایج آن که نشانگر انتقال بدون پرش می باشند آورده شده اند.

مبدل های الکترونیک قدرت را می توان از منظر سخت افزاری و نرم افزاری مطالعه کرد. در بحث سخت افزاری مسئله مهم پیشرفت علوم الکترونیک نیمه هادی است که منجر به تولید سوییچ هایی با قابلیت سوییچینگ سریع تر و هدایت جریان بالاتر است. این سوییچ ها کنترل پذیری بهتری دارند و با استفاده از آن ها مبدل هایی با سطح توان بالاتر ساخته خواهد شد.در بحث نرم افزاری مبدل های الکترونیک قدرت مسئله مهم کنترل مبدل است. مدلسازی مبدل و طراحی کنترل کننده برای آن در کنار یک الگوریتم مدولاسیون مناسب، اهداف کنترلی را تأمین می کند. مدل میانگین مبدل ها، معادلات فضای حالتی خطی، متغیر با زمان و non-affine هستند که رفتار سوچینگ مبدل را نیز در نظر می گیرند و از این جهت نسبت به مدل های مبتنی بر تبدیل dq که رفتار سوییچینگ مبدل را در نظر نمی گیرند دقیق تر هستند. معادلات non-affine، برای طراحی کنترل کننده مناسب نیستند. در این پایان نامه روشی برای تقریب معادلات non-affine مبدل ها به معادلات affine ارائه شده است. با استفاده از این معادلات affine، می توان از روش های کنترلی پیشرفته برای بهبود عملکرد مبدل ها بهره برد. این روش برای statcom که یک مبدل قدرت dc به ac است و در سیستم های قدرت برای اهداف جبرانسازی کاربرد دارد به کار گرفته شده است. سپس با استفاده از مدل به دست آمده برای statcom کنترل کننده بهینه طراحی شده است.

در گذشته تصور می شد که سیستم های آشوبناکی که تعداد نماهای فلوکه ناپایدار آنها فرد است، با فیدبک تاخیری قابل پایدارسازی نیستند. اما در سال 2007 نشان داده شد که چنین محدودیتی اصلا وجود ندارد. یکی از سیستم هایی که دارای چنین خصوصیتی است، سیستم لورنز است. اگر چه مشخص شد که محدودیت تصور شده وجود ندارد، اما باز هم تلاش های انجام شده برای پایدارسازی سیستم لورنز با فیدبک تاخیری ساده بی نتیجه ماند. در این پایان نامه درصدد برآمده ایم تا به نحوی بر این محدودیت غلبه کنیم. بنابراین در ابتدا سعی نموده ایم با استفاده از ایده روش توابع توصیفی، در یک چهارچوب جدید، پاسخ های متناوب سیستم را به صورت تحلیلی استخراج کنیم. این کار در گذشته انجام نشده بود. سپس اب معرفی مدل لوره ی دو ورودی- دو خروجی سیستم ، یک کنترل کننده فیدبک تاخیری دو ورودی- دو خروجی برای سیستم طراحی کردیم و نشان دادیم که این کنترل کننده قادر به پایدار سازی پاسخ های متناوب ناپایدار و نیز نقاط تعلدل سیستم است.

کنترل وفقی مقاوم h سیستم های نامعین دارای تأخیر در ورودی و حالت در این رساله بررسی شده است. آنچه در حوزه کنترل وفقی مقاوم سیستم های تأخیردار تا پیش از نتایج این رساله بدست آمده است، تنها بررسی اثر تأخیر در حالت ها بوده است. بنابراین یکی از دستاورد های این رساله، حل مسأله در حالتی است که سیستم، علاوه بر حالت ها در ورودی نیز دارای تأخیر است. سیستم های بررسی شده در این زمینه، سیستم های خطی نامعینی هستند که نامعینی های موجود در ماتریس های آنها کراندار بوده و شرایط سازگاری را برآورده می کنند. علاوه بر آن کران نامعینی ها ثابت و محدود ولی نامشخص فرض می شوند. بر این اساس از کنترل وفقی برای تطبیق کنترل کننده با شرایط نامشخص بودن کران نامعینی ها و از کنترل مقاوم برای غلبه بر اثر نامطلوب آنها بر عملکرد و پایداری سیستم حلقه بسته استفاده شده است. در آخرین تحقیقات محققین، برای چنین سیستمی دستیابی به همگرایی نمایی سرتاسری یکنواخت متغیر های حالت به سمت یک گوی با شعاع و نرخ همگرایی مشخص بدست آمده است. در این رساله با استفاده از کنترل کننده پیشنهاد شده، نشان داده شده است پایداری مجانبی که هدف مطلوب تری نسبت به همگرایی پاسخ ها به سمت یک گوی می باشد، قابل دستیابی است و لذا یکی دیگر از دستاورد های این رساله اثبات پایداری مجانبی سیستم حلقه بسته است. برای دستیابی به این منظور، یک کنترل کننده وفقی مقاوم جدید به همراه یک تابع لیاپانوف کراسوسکی جدید ارائه می شود. از آنجا که نتایج اکثر مقالات در این حوزه فقط قابل اعمال به سیستم های پایدار هستند، در این رساله برای پیاده سازی روش پیشنهادی بر روی سیستم های ناپایدار دو دیدگاه مد نظر قرار گرفته، که جزییات بیشتر آن در متن رساله آمده است. یکی دیگر از ویژگی های قانون کنترلی ارائه شده آن است که بر خلاف مقالات قبلی فقط دارای ضریب وفقی می باشد. بنابراین روش ارائه شده علاوه بر مزایایی که در بالا به آن اشاره شد سادگی طراحی را نیز در خود دارد. از طرف دیگر حذف یا کاهش اثر اختلال های موجود در سیستم نیز همواره به عنوان یکی از اهداف کنترلی مد نظر بوده است. آنچه در کارهای قبلی محققین در حوزه کنترل وفقی مقاوم سیستم های تأخیردار مورد بررسی قرار گرفته، در نظر گرفتن اختلال در قالب و چارچوبی همانند نامعینی ها بوده است. این مسأله باعث می شود، فقط اختلال هایی مد نظر قرار گیرند که شرط سازگاری را برآورده می کنند. در این رساله از روش h برای کاهش اثر اختلال استفاده شده است. این روش علاوه بر آنکه نیاز به شرط سازگاری را حذف می کند از کارایی بیشتری نیز برخوردار است. شرایط کافی بدست آمده در تمام قضایا در قالب نامساوی های ماتریسی خطی (lmi) ارائه شده که حل آنها را توسط نرم افزار matlab امکان پذیر ساخته است. برای شبیه سازی نتایج تئوری بدست آمده دو سیستم در نظر گرفته شده است. سیستم کنترل آلودگی آب رودخانه به عنوان یک سیستم کاربردی و عملی که در مقالات قبلی وفقی مقاوم مورد بررسی قرار گرفته و در کشور ما نیز مطالعات زیادی در مورد آن انجام شده است. در این سیستم دو پارامتر اصلی تقاضای اکسیژن مورد نیاز میکروارگانیسم ها(bod) و میزان اکسیژن محلول (do) که میزان آلودگی آب رودخانه را نشان می دهند، تحت کنترل قرار می گیرند. سیستم دوم یک مثال عددی ناپایدار است که در مقالات قبلی کنترل وفقی مقاوم مورد بررسی قرار گرفته و لذا امکان مقایسه نتایج این رساله با آنها را فراهم نموده است.

در این پژوهش بر اساس روش آنالیز مسیر گاز، تئوری های تخمین غیر خطی و طبقه بندی فازی، یک سیستم جامع برای تشخیص خطا در توربین های گازی صنعتی توسعه داده شد. روش ترکیبی پیشنهادی متشکل از دو بخش است. در بخش اول تغییر در پارامترهای سلامت توربین گازی با استفاده از فیلتر کالمن توسعه یافته از روی تغییرات نویزی خروجی های سنسوری به دست می آید. پارامترهای سلامت مانند بازده و ظرفیت جریان اجزاء توربین در واقع شاخص های نشان دهنده وضعیت سلامت آن اجزاء هستند. در بخش دوم از خروجی فیلتر کالمن به عنوان ورودی یک سیستم فازی استفاده می شود. این سیستم می تواند عیوب فیزیکی از قبیل جرم گرفتگی و خوردگی را بر اساس قوانین از پیش تعیین شده که عمدتا از داده های تجربی و شبیه سازی های آئروترمودینامیکی به دست می آیند جداسازی کرده و تشخیص دهد. نسبت تغییر در پارامترهای سلامت مختلف ناشی از عیوب فیزیکی مختلف و همچنین در نواحی مختلف کمپرسور که بیشتر تحت تاثیر این عیوب هستند از عوامل کلیدی برای توسعه این قوانین هستند. سیستم استنتاج فازی بخش معیوب و محل و شدت عیب را در کمپرسور یا توربین مشخص می کند. همچنین ، پیشنهادات کاربرپسندی برای زمان شستشوی کمپرسور و یا تعمیر قطعات از طرف سیستم ارائه می شود. این فرایند در واقع یک راه حل ترکیبی برای آشکارسازی و جداسازی خطا در توربین گازی ارائه می کند و با فیلتر کردن داده های ورودی سیستم استنتاج فازی توسط فیلتر کالمن، دقت سیستم تشخیص عیب بهبود می یابد. مدل مورد استفاده یک مدل صفر بعدی از یک توربین گازی واقعی و شبیه سازی شده در شرکت مهندسی توربوتک می باشد. این مدل با استفاده از تکنیک stage stacking و در شرایط طراحی و خارج طراحی و در حالت پایدار تولید شده است. نتایج شبیه سازی های غیر خطی، تخمین ها و طبقه بندی ها برای نشان دادن اثر این روش ارائه شده است. روش پیشنهادی در این پژوهش با استفاده از داده های جمع آوری شده از شبیه سازی عیوب واقعی در یک توربین گازی واقعی اعتباربخشی شده است. نتایج به دست آمده حاکی از توانایی بالای فیلتر کالمن توسعه یافته برای تشخیص افت عملکرد و تغییرات پارامترهای سلامت اجزاء مختلف توربین گازی است. همچنین توانایی سیستم طبقه بندی و جداسازی فازی برای تفکیک نوع و شدت عیوب فیزیکی به وجود آمده اثبات شده است.

در این پایان نامه، یک سیستم کنترلی مبتنی بر کنترلر تناسبی- انتگرالی، جهت کنترل فرکانس در یک میکروشبکه شامل میکروتوربین، پیل سوختی، الکترولایزر، توربین بادی، سیستم فتوولتائیک، ابرخازن، باتری و بار طراحی می شود. به منظور طراحی این سیستم کنترلی، نخست ظرفیت تولید عناصر تولید کننده توان، ذخیره سازها و الکترولایزر به وسیله نرم افزار homer تعیین شده سپس براساس روابط ریاضی، مدلسازی دینامیکی تک تک عناصر میکروشبکه انجام می شود. براساس مدل دینامیکی هر یک از این عناصر، یک تابع انتقال برای آنها ارائه می گردد. پاره ای از این توابع انتقال براساس فعالیت های انجام شده در گذشته می باشد. بخشی از این توابع که مربوط به توربین بادی، سیستم فتوولتائیک، باتری و ابرخازن است، در این پایان نامه محاسبه می شود. در خصوص توربین بادی، دو تابع انتقال معرفی می شود. این دو تابع، براساس سرعت باد و زاویه پره ها تعریف می شوند. در این پایان نامه، برای سیستم فتوولتائیک، یک تابع انتقال مرتبه دوم محاسبه می شود. از طرفی، تابعی به عنوان تابع انحراف فرکانس تعریف می شود که این تابع به صورت پس خور، روی کنترلرهای هر یک از عناصر عمل می کند. به منظور کنترل فرکانس، کنترلرهای تناسبی – انتگرالی، در نظر گرفته شده است. عملکرد این کنترلرها در خلال اغتشاشات مختلفی شامل افزایش ناگهانی بار، کاهش ناگهانی بار، قطع بار و قطع همزمان بار و یکی از واحدهای تولید کننده مورد بحث و بررسی قرار می گیرد. تمامی نتایج شبیه سازی، براساس استراتژی عملکرد تعریف شده برای میکروشبکه در حالت های مختلف بیان می شود.

در این پایان نامه مسأله پایداری حلقه بسته سیستم کلیدزنی کنترل پیش بین چندگانه و روشی برای گذر بدون پرش ارائه شده است. در لحظه کلیدزنی بین تعدادی کنترل کننده پاسخ گذرا ممکن است عملکرد مطلوب خود را از دست دهد. بدین منظور مسأله گذر بدون پرش مطرح می شود. در اینجا یک روش کنترلی برای داشتن پاسخ بدون پرش در لحظه کلیدزنی در حضور دو کنترل کننده پیش بین طراحی شده است. این روش ترکیبی از دو روش مجزا طراحی شده است. ضمن بررسی پایداری هر یک از روش ها به طور مجزا، پایداری حلقه بسته روش ترکیبی نیز اثبات شده است. در ابتدا یک کنترل کننده پیش بین میانی که وظیفه ایجاد گذر بدون پرش را دارد بر اساس توابع لیاپانوف طراحی شده است. در روش اول از یک ساختار انتگرالی در دو طرف کلید استفاده شده است و اثبات پایداری این روش نیز در ادغام آن با کنترل کننده پیش بین چندگانه آورده شده است. این ساختار انتگرالی به وفور به منظور حذف پدیده اختتام انتگرال استفاده می شود که در این پایان نامه کاربرد آن در کنترل پیش بین چندگانه بررسی شد. در مرحله آخر طراحی، روش مذکور با کنترل کننده پیش بین میانی ادغام می شود و روش ترکیبی بدست می-آید که ویژگی های خوب هر کدام از روش ها را دارد. این روش ابتکاری دارای اثبات پایداری است و کارایی این روش بر روی سیستم های آزمایشگاهی کنترل سطح و کنترل فشار بررسی شد و نتایج شبیه سازی این روش و مقایسه آن با روش دیگر به طور مجزا بر سیستم غیرخطی کنترل ph نیز آورده شده است.

استفاده از فیدبک در کنترل سیستم ها مزایای فراوانی از جمله کاهش اثر نامعینی و رفتار غیرخطی دارد. نظریه ی فیدبک کمّی (qft)، مسئله ی طراحی حلقه بسته ی یک سیستم نامعین را بر اساس میزان نامعینی سیستم و عملکرد مطلوب مورد انتظار به صورت کمّی فرموله می کند و یک روند منظم طراحی و مصالحه را پیشنهاد می دهد. گرچه روش طراحی qft برای سیستم های چندورودی-چند خروجی نیز توسعه یافته است اما به دلیل برخی انتقادات و مثال های ناموفق طراحی، در مقایسه با سایر روش های کنترل مقاوم چندمتغیره کمتر مورد توجه قرار گرفته است. در این پایان نامه با بررسی دقیق روش های طراحی چندمتغیره qft، نشان داده شده است که روند طراحی متداول نمی تواند تضمین کننده ی پایداری سیستم حلقه بسته باشد. سپس با اصلاح کران های طراحی راه حلی برای رفع آن ارائه شده است. در بخش دیگر پایان نامه به بررسی محدودیت های عملکرد قابل دستیابی توسط فیدبک در حضور صفر سمت راست محور موهومی پرداخته شده است. سپس مفهوم جهت صفر در سیستم های چندمتغیره به عنوان معیاری در انتقال محدودیت غیرمی نیمم فازی بررسی شده و از آن برای تعیین محدوده ی مطلوب پاسخ توابع تبدیل در نظریه ی فیدبک کمّی و انتخاب ترتیب طراحی حلقه ها، استفاده شده است. با یک مثال طراحی نشان داده شده است که با استفاده از این روند، محافظه کاری طراحی سیستم های غیر می نیمم فاز چندمتغیره کاهش یافته و پاسخ ردیابی مطلوب تری به دست خواهد آمد.

در این رساله کنترل سیست مهای پیچید های مورد بحث است که رو شهای استاندارد و مرسوم کنترل با ساختار ثابت، مبتنی بر طراحی کنتر لکننده ای واحد برای آن ها عملکرد مطلوب را تامین نمی کند. از آ نجمله برای سیستم های با نامعینی گسترده، اغلب استفاده از یک کنترل کننده مقاوم مشخصات مطلوب پایداری و عملکرد مقاوم را در تمام حوزه نامعینی فراهم نمی آورد و یا عملکرد رضایتبخشی حاصل نمی شود. راهکار پیشنهادی، استفاده از ایده های کنترل تطبیقی مبتنی بر کلیدزنی و با سرپرستی در جهت غلبه بر محدودیت های کنترل مقاوم ساختار ثابت است. روش طراحی پیشنهادی، طراحی مقاوم مبتنی بر نظریه فیدبک کم?ی را در ساختار تطبیقی کلیدزنی و سرپرستی تلفیق م یکند. بر اساس کران های پایداری و ردیابی مقاوم در طراحی فیدبک کم?ی نشان داده می شود که استفاده و بهبود عملکرد « هزینه فیدبک » از ساختار تطبیقی مقاوم مبتنی بر کلیدزنی و سرپرستی موجب کاهش ردیابی مقاوم م یشود. طراحی تلفیقی پیشنهادی برای فرآیندهای چندورودی چندخروجی نیز توسعه یافته است و در نتیجه راه حلی برای یکی از چالش های فرآیندهای چندمتغیره پیچیده ارائه می شود؛ مساله کنترل غیرمتمرکز برای فرآیندهای چندمتغیره نامعینی که در اثر تغییر پارامترهای نامعین یا تغییر شرایط کاری ساختار کنترل 1 (جفت مناسب ورودی- خروجی) آن ها تغییر م یکند، با روش طراحی پیشنهادی حل می شود. همچنین در این رساله برای نخستین بار رویکردی نو مبتنی بر ایده های کلیدزنی و سرپرستی در حل مساله دنبا لکردن هدف بوسیله ربا تها تنها با استفاده از اطلاعات اندازه گیری فاصله نسبی که مساله ای کاربردی در حوزه های متنوع است، با انگیزه به کارگیری در وسایل نقلیه زیرآبی ارائه شده است. راهکار کنترلی مبتنی بر کلیدزنی شامل دو فاز است؛ تعیین زاویه حامل و دنبال کردن راستای به دست آمده مادامیکه فاصله نسبی تعقیب کننده و هدف کاهش م ییابد. همچنین شرایط کرا ندار بودن سیستم کلی دارای کلیدزنی نیز به دست آمده است. با انجام شبیه سازی در سناریوهای مختلف، کارایی روش پیشنهادی ارزیابی شده است.

در این پروژه از شبکه عصبی به عنوان مدل پیش بین در کنترل کننده پیش بین غیرخطی استفاده شده است. هدف پروژه آن است که تنظیم برخی از پارامترهای کنترل کننده که با توجه به تجربه طراح تعیین می شود، به صورت اتوماتیک انجام شود. در این پروژه دو موضوع بررسی شده است. موضوع اول، انتخاب یک ساختار بهینه برای شبکه عصبی است. شبکه های عصبی به دلیل خاصیت تقریب جامع خود بسیار پرکاربرد هستند. اما تعیین یک ساختار مناسب برای شبکه هنوز به صورت یک مساله حل نشده باقی مانده است. برای یک شبکه عصبی دو لایه تعیین ساختار با تعداد نرون های لایه پنهان صورت می گیرد. در این پروژه روشی برای تعیین تعداد نرون های لایه پنهان با استفاده از داده های ورودی و خروجی ارائه شده است. این روش بر مبنای فرمول بارون، تست های غیر خطی گری و روش شناسایی تابع توصیفی است. روش ارائه شده به نوعی ارتباط دهنده مشخصات طیفی سیگنال آموزش به پیچیدگی مدل به کار رفته برای نمایش آن است و یک باند بالا بر روی تعداد نرون ها مشخص می کند. موضوع دوم، تنظیم ماتریس های وزنی موجود در ساختار کنترل کننده است. این ماتریس های وزنی میزان اهمیت خطا بین مسیر مرجع و خروجی سیستم را به سیگنال کنترلی نشان می دهند و بر روی پایداری و رفتار حلقه بسته بسیار تاثیر گذار هستند. در این پروژه یک الگوریتم فازی برای تنظیم ضریب سیگنال ورودی ارائه شده است. در این الگوریتم از چگونگی اثرگذاری این پارامتر بر رفتار حلقه بسته برای تنظیم قواعد فازی استفاده شده است.

برای انتقال سوخت، از خطوط انتقال استفاده می شود. ممکن است بر اثر تصادف، خوردگی و یا با گذشت زمان، نشتی در طول خط لوله به وجود آید. وجود نشتی سبب اتلاف سوخت و یا بروز حوادث می شود. در نتیجه ارائه روشی برای تشخیص نشتی از خطوط لوله، اهمیت زیادی دارد. در گذشته روش های گوناگونی به این منظور ارائه شده است. در این تحقیق روش های مختلف تشخیص نشتی به طور کامل معرفی و دسته بندی شده اند. پس از بررسی روش های موجود، روش جدیدی برای مساله تشخیص نشتی از خطوط انتقال طرح گردیده است. این روش، در واقع یک روش پایش نرم افزاری است که تنها از اندازه گیری هایی که ابزاردقیق موجود در خط، در اختیار قرار می دهد، استفاده می کند. در این روش، از مدل خط لوله استفاده نمی شود و به جای آن رفتار سیال درون لوله بررسی می شود. سیگنال های دبی جریان و فشار گاز در نقاط مشخصی از خط لوله را به عنوان سیگنال های وابسته به زمان در نظر می گیریم. برای تشخیص نشتی از فیلتر کالمن و فیلتر کالمن حالت افزوده استفاده می شود. برای تست روش پیشنهاد شده، یک خط لوله، در نرم افزار الگا، شبیه سازی شده است. در شبیه سازی از مشخصات یک خط لوله واقعی استفاده می شود. فشار در نقاطی که سنسور وجود دارد، اندازه گیری و ثبت شده اند. برای نزدیک تر شدن نتایج شبیه سازی به واقعیت، نویز اندازه گیری به آنها اضافه شده است که باعث بهبود در شناسایی و تخمین پارامترها می شود. با استفاده از این داده ها توانایی روش پیشنهاد شده برای تشخیص نشتی سنجیده شده است. برای شناسایی سیستم از اطلاعات دبی جریان و فشار نقاط مختلف با نشتی ها و اندازه های مختلف استفاده می شود و در ادامه با استفاده از ماتریس های شناسایی شده، نشتی را در نقاط و زمان های مختلف تشخیص داده شده و مقدار آن نیز تخمین زده شده است.

در این پایان نامه، روشی برای بدست آوردن ماتریس تداخل خطی برای یک سیستم چند متغیره غیرخطی پیشنهاد شده است. تنها الگوریتم موجود در این زمینه تنها برای سیستم های مربعی کاربرد دارد و تعیین ساختار ماتریس تداخل را تضمین نمی کند. ما الگوریتم جدیدی ارائه دادیم که با تلفیق الگوریتم موجود و یک الگوریتم دیگر این مشکلات را حل می کند . در الگوریتم جدید، ابتدا ساختار صفرهای نامحدود سیستم غیرخطی را تعیین کرده و سپس ساختار ماتریس تداخل را بدست می دهد. در ادامه پارامترهای مجهول این ماتریس با استفاده از روش rls شناسایی می‏شوند. این ماتریس برای سیستم چند متغیره ph با استفاده از الگوریتم پیشنهادی بدست آمده است. به علت نوع معادلات حاکم بر سیستم ‏ph و نیاز به داشتن خروجی سیستم ‏ph بر حسب متغیرهای حالت موجود، خروجی این سیستم با استفاده از شبکه عصبی چندجمله‏ای (pnn ) بدست آمده است. سپس با استفاده از این ماتریس کنترل پیش‏بین غیرخطی (nmpc ) روی این سیستم اجرا شده است. پیاده‏سازی عملی بر روی دستگاه چهار تانک با استفاده از این مفهوم و کنترل پیش‏بین غیرخطی در ادامه آورده شده است.

در این رساله مدل گسسته ای از نوار بافت قلب شامل رشته ای یک بعدی از واحدهای قلب که به صورت معادله تفاضلی جزئی غیرخطی است تحلیل و کنترل می گردد. این مدل که توسط استوبنا ارائه شده است، دارای اشکالاتی است که در این پایان نامه تصحیح می شود؛ سپس به بررسی و تحلیل مدل پرداخته و رفتار آشوبناک آن مورد بررسی قرار می گیرد. از آنجا که فواصل بین ضربانی قلب هنگام فیبریلاسیون بطنی روندی آشوبگونه دارند و با توجه به نمودار دوشاخگی مدل، این مدل برای نمایش این نوع آریتمی مناسب است. برای کنترل این مدل از روش کنترل فیدبک تأخیریافته استفاده شده است. این کنترل کننده به دو صورت خطی و غیرخطی زمان-فضایی به سیستم اعمال و نتایج مورد بررسی قرار می گیرند. با اعمال کنترل کننده فیدبک تأخیریافته زمان-فضایی خطی، در بعضی از محدوده هایی که انتظار می رود سیستم پایدار باشد، رفتارهای آشوبگونه همچنان وجود دارند؛ بنابراین استفاده از کنترل فیدبک تأخیریافته زمان-فضایی غیرخطی پیشنهاد و سپس تحلیل و بررسی می شود. همچنین مقاومت فیدبک تأخیریافته غیرخطی زمان-فضایی بررسی شده و نشان داده می شود که با یک بهره خاص کنترل کننده نسبت به کلیه تغییرات پارامتر انشعاب مقاوم است. از آنجا که نقطه تعادل سیستم در محل مورد نظر نیست، باید آن را در نقطه مطلوب جایابی کرد. برای رسیدن به این هدف دو روش ارائه شده است. در روش اول با اضافه کردن مقدار ثابتی به سیستم، نقطه تعادل سیستم را در محل مطلوب قرار می دهیم. اشکال این روش، حساس بودن سیستم نسبت به تغییرات شرایط اولیه است. در روش دوم، یک انتگرالگیر خطی به سیستم پایدار اضافه و نتایج تحلیل و شبیه سازی می شوند. در این روش مقاومت کنترل کننده نسبت به تغییرات پارامتر انشعاب مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت مزایای روش کنترلی پیشنهادی ذکر می گردد و پیشنهادهایی برای تکمیل تحقیق ارائه خواهد شد.

در طراحی کنترل کننده ها برای سیستم هایی با عدم قطعیت، عمومی ترین روش کلاسیک، استفاده از کنترل مقاوم و کنترل تطبیقی مرسوم بود. در صورت وقوع تغییر ناگهانی در دینامیک سیستم یا محیط عملکرد (مانند نقص اجزا) و در ادامه آن بروز پاسخ گذرای نامطلوب (که ممکن است باعث ناپایداری سیستم شود)، ممکن است کنترل تطبیقی جوابگو نباشد. برای برطرف کردن مشکل عدم قطعیت های بزرگ و بهبود پاسخ گذرا، کنترل کلیدزنی در سالهای اخیر بسیار گسترش یافته است. بطور کلی سیستم سوئیچ شده خصوصیات و ویژگی های تک تک زیر سیستم ها را به ارث نمی برد. در این پژوهش به بررسی کنترل کننده های مینیمم واریانس، مینیمم واریانس نموی و کنترل کننده lqg در حضور نویز در سیستم های کلید زنی پرداخته شده است و نشان داده شده است که با استفاده از این کنترل کننده ها می توان اثر نویز را در خروجی به حداقل رساند و واریانس خروجی را تا حد امکان به واریانس نویز نزدیک کرد. در فصل اول سیستم های تصادفی و کنترل کلید زنی به اختصار بررسی شده است. در فصل دوم به معرفی کنترل کننده ی مینیمم واریانس، کنترل کننده مینیمم واریانس نموی و فرایندهای تصادفی و همچنین معرفی انواع نویز پرداخته شده است و با ارائه مثالهایی طراحی این نوع کنترل کننده ها مورد بررسی قرار گرفته است و با استفاده از کنترل کننده مینیمم واریانس نموی توانمندی این روش کنترلی در ردیابی خروجی مطلوب و حداقل کردن واریانس خروجی، نشان داده شده است. در فصل سوم، انواع روش های کلیدزنی مرسوم بررسی شده است و با استفاده از نتایج شبیه سازی ، به منظور نشان دادن توانایی کلیدزنی در پایدارسازی زیرسیستم های ناپایدار پرداخته شده است . در هیچکدام از تحقیقات نامبرده و پژوهش های دیگر در این زمینه، از معیار واریانس و محاسبه آنلاین واریانس در سیستم های کنترل کلیدزنی، جهت کلیدزنی بین زیر سیستم های مختلف استفاده نشده بود. نوآوری این پژوهش در فصل چهارم، اعمال روش پیشنهادی کلیدزنی و استفاده از نتایج شبیه سازی با روش محاسبه واریانس خروجی، جهت نشان دادن توانایی این نوع کلیدزنی در پایدار سازی سیستم و همچنین کاهش اثر نویز در خروجی، بوده است. همچنین در این فصل شبیه سازی بر روی یک سیستم مکانیکی جرم و فنر نیز انجام شده است، که از کنترل کننده مرسوم pid که در صنعت بسیار کاربرد دارد، برای کنترل این سیستم مکانیکی استفاده شده است و نتایج با کنترل کننده mpc که برای همین سیستم طراحی شده، مقایسه شده است. سپس رفتار این سیستم در حضور نویز بررسی شده است. همانطور که انتظار داشتیم استفاده از کنترل کننده مرسوم pid برای کنترل این سیستم در حضور نویز امکان پذیر نبود. پس به طراحی کنترل کننده مینیمم واریانس نموی پرداخته شد و به نتایج مطلوب و هدف مورد نظر که دنبال کردن ورودی بود، دست یافتیم.

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.

در دهه های اخیر کاربرد توربین های گازی در صنعت از رشد چشمگیری برخوردار بوده است. این مسئله اهمیت حفظ و نگهداری بهینه آنها و جلوگیری از بروز هرگونه اختلال در عملکرد این سیستم ها را به وضوح روشن می نماید. بدین منظور در سالهای اخیر در حوزه بهینه سازی فرآیند کنترل این تجهیزات صنعتی و جلوگیری از وقوع هرگونه خطا در عملکرد آنها و نیز تشخیص به هنگام خطای ایجاد شده تلاش های بسیاری صورت گرفته است. در یک نگاه کلی مطالعات موجود در زمینه سیستمهای تشخیص خطا را می توان به دو شاخه روش های کلاسیک و هوشمند طبقه بندی نمود. در سالهای اخیر استفاده از روشهای هوشمند مانند سیستمهای فازی، شبکه های عصبی و الگوریتم ژنتیک به دلیل عملکرد بهتر آنها در تشخیص خطا مورد اقبال بیشتری قرار گرفته است. توسعه سیستم تشخیص و جداسازی خطا در این پایان نامه در دو بخش صورت گرفته است. ابتدا با تعریف چند حالت رایج خطا در یک مدل ساده توربین گازی تک محوره، یک سیستم جداساز خطا با استفاده از شبکه عصبی پرسپترون چندلایه طراحی گردیده و حالات مختلف خطا به درستی و در زمان مناسب (چند ثانیه) تشخیص داده شده است. در ادامه مدل نسبتا پیچیده ای از یک توربین گازی صنعتی معرفی شده و خطاهای گوناگون تعریف شده در مدل مورد بررسی قرار گرفته و با استفاده از ساختارهای شبکه عصبی مختلف، مدلسازی جدیدی از سیستم صورت گرفته است. در این بخش با افزودن ساختارهای دینامیکی به ورودیهای موثر مدل، قابلیت شبکه عصبی در یادگیری کامل تغییرات نقطه کار سیستم اثبات شده است. در ادامه با مقایسه خروجیهای دو مدل، مانده های مورد نیاز تشکیل شده اند و با استفاده از سیستم مقایسه کننده، نوع خطای ایجاد شده در مدل توربین تعیین شده است. در نهایت با ارزیابی سیستمهای توسعه داده شده، توانایی شبکه های عصبی در پایش عملکرد توربینهای گازی به خوبی نشان داده شده است. همچنین با ارائه تحلیلی دقیق از مانده ها، در مورد زمان پاسخ دهی سیستم در شرایط کاری مختلف اظهارنظر شده است.

در این رساله بطور کلی هدف توسعه تکنیک چند مدلی، از حالت خطی به حالت ترکیبی (ترکیب خطی و غیر خطی) برای شناسایی و مدل سازی سیستم های ایستا و غیرخطی بمنظور استفاده از آن در طراحی یک سیستم تشخیص و جداسازی خطا با دقت بالا می باشد. تشخیص خطا در سیستمهایی که دارای دینامیکهای غیرخطی پیچیده بوده و همچنین قابلیت رخ دادن خطاهای متعدد با دینامیکهای متفاوت را دارا می باشد، به سادگی صورت نمی گیرد و کاربرد مدلهای ترکیبی می تواند به افزایش کارایی در تشخیص و جداسازی خطا منجر شود. برای این منظور استفاده از تکنیک چند مدلی ترکیبی معرفی می گردد که در آن از مدلهای محلی خطی و غیرخطی برای طراحی بانک مدل استفاده می شود. در ابتدا به مسئله طراحی بانک مدل خطی از دیدگاه تئوری پرداخته شده و در این راستا از دو مفهوم غیر خطی گری و h-gap متریک بهره گرفته می شود. پس از تحلیل و بررسی هر کدام از این مفاهیم، اندیس های جدیدی جهت بهبود مسئله برای سیستم های تک ورودی-تک خروجی و همچنین سیستم های چند ورودی-چند خروجی بطور جداگانه معرفی می گردند و با استفاده از آنها الگوریتم هایی برای طراحی بانک مدل خطی در دو حالت خارج خط و روی خط پیشنهاد می شود. پس از آن، مسئله تعمیم بانک مدل خطی به بانک مدل ترکیبی (ترکیب خطی و غیر خطی) مطرح می گردد. ویژگی بارز این نوع طراحی در مقایسه با یک بانک مدل خطی و یا یک مدل تکی غیر خطی، این است که از دقت و راندمان بالاتری برخوردار خواهد بود. در این راستا اندیس توسعه یافته اطلاعات آکایکه (eaic) در جهت انتخاب بانک مدل بهینه معرفی می گردد. در نهایت از نتایج بدست آمده فوق جهت طراحی یک سیستم تشخیص خطا با راندمان مطلوب برای سیستم توربین گازی استفاده می شود. سیستم توربین گازی از جمله سیستم های حساس و پرکاربردی است که به گفته بسیاری از محققین پیچیده ترین موتور موجود در دنیا می باشد. لذا تمایل روزافزونی در زمینه طراحی سیستم های تشخیص خطای دقیق برای اینگونه سیستمها چه در محیط های علمی و چه در محیط های صنعتی ایجاد شده است. بهبود یافتن راندمان در سیستمهای چند مدلی، افزایش دقت و بهبود سیستم تشخیص خطا از جمله هدفهایی است که در این رساله نیل به آنها با ارائه اندیسها و الگوریتم های جدید محقق گردیده و با انجام شبیه سازی های مختلف کارآیی آن نشان داده شده است

سیستم های واقعی بسیاری قابل مدلسازی بصورت یک سیستم کلیدزنی هستند. بنابراین تحلیل پایداری آنها ضروری و پر اهمیت است، که در اینجا با دیدگاه ورودی-خروجی به بررسی این مسئله پرداخته می شود. بر اساس تئوری تلف کنندگی، پایداری سیستم های کلیدزنی تحت شرایطی که عبارت تأخیر ورودی دارند، مورد بررسی قرار می گیرد. شرایط پسیو بودن این سیستم ها مطرح گردیده و این شرایط برای سیستم های با زیرسیستم خطی، بصورت نامساوی های خطی ماتریسی ارائه می شوند. پایداری مجانبی سیستم های کلیدزنی با تأخیر ورودی که شرایط پسیو بودن را برآورده کنند، تحت فیدبک خروجی در قالب یک قضیه ارائه و اثبات می گردد. در نهایت اتصال فیدبکی دو سیستم کلیدزنی مطرح گردیده و شرایط پسیو بودن سیستم کلی حاصل از این اتصال مورد بحث و اثبات قرار می گیرد. روند این پایان نامه بدین شرح خواهد بود: در فصل دوم، مطالب زمینه ای و پایه که برای روشن شدن مسئله نیاز است مطرح می گردد. در فصل سوم، پایداری سیستم های کلیدزنی بر پایه اطلاعات ورودی-خروجی بررسی می گردند، در ایت بخش سه مقاله ی اصلی و بنیادین در این زمینه به تفصیل مطرح خواهد شد. در فصل چهارم، پایداری سیستم های کلیدزنی با ترم تأخیر ورودی بر پایه تئوری تلف کنندگی بررسی شده و تعاریف و قضایای به همراه اثبات ارائه می گردند. دز فصل پنجم، تئوری ها و قضایای ارائه شده در بخش قبل بر روی چند مثال پیاده سازی و نتایج بصورت شبیه سازی ارائه می شود. در پایان، در فصل ششم ، نتیجه گیری و پیشنهاداتی برای کارهای آتی آورده خواهد شد.

مسئله ی مقاوم بودن، یکی از مسائل اساسی در نظریه ی کنترل است، همانطور که گفته شد این مسئله در حالت مرتبه صحیح، پیشرفت های چشمگیری داشته است ولی برای حالت مرتبه کسری، موضوع نسبتاً جدیدی است. البته مطالعاتی روی این نوع از کنترل کننده ها انجام شده است که مهمترین آنها کنترل کرون است[30] که ایده ی اصلی آن ایجاد حد فاز ثابت در حوالی فرکانس شکست است تا سیستم بتواند اوورشوت و زمان نشست ثابتی داشته باشد. برای نامعینی پارامتری در سیستم نیز مطالعات زیادی صورت گرفته که در آنها از قضایایی مانند شرط برون داشت صفر ، مجموعه مقادیر و خاریتانوف تعمیم یافته استفاده شده است[34-31]. ولی کنترل مقاوم مرتبه کسری برای سیستم هایی با نامعینی غیرساختاری خیلی کم مورد مطالعه قرار گرفته است مثلاً نمونه ای از آن در [35] آمده است. هدف از این پایان نامه طراحی کنترل کننده ی پیش فاز- پس فاز مرتبه کسری مقاوم برای سیستم هایی با نامعینی غیرساختاری است. ساختار کنترل کننده به شکلی است که می توان آن را حاصلضرب مجموعه ای از کنترل کننده های پیش فاز یا پس فاز در نظر گرفت. نوآوری این تحقیق در این است که با استفاده از روشی جدید و حل یک مسئله بهینه سازی، کنترل کننده ای طراحی می شود که پایداری مقاوم را تضمین می کند و همچنین کنترل کننده ی استفاده شده ساختاری جدید داشته و می تواند شکلی کلی داشته باشد.

در این پایان نامه مدل سیمولینکی ساده شده برای توربین گازی پرکاربرد در کشور یعنی توربین گازی v94.2 ساخت شرکت زیمنس، با استفاده از داده های عملکردی و واقعی در دسترس ارائه شده است. داده های واقعی توربین از طریق شرکت مپنا تأمین شده اند. مدل مذکور بر اساس ساختار مدل روون توربین گازی است. یکی از عیب های مهم توربین گازی که کمتر به آن پرداخته شده، عیب شعله است. عیوب شعله در اثر عوامل مختلفی نظیر عدم تعادل نسبت سوخت به هوا در ورودی محفظه ی احتراق و عدم پاشش متقارن سوخت در سوخت پاش ها به وقوع می پیوندند. از اثرات ناشی از عیب های شعله، می توان به افزایش میزان آلاینده های خروجی از محفظه، ناپایداری احتراق و فشارهای اکوستیک اشاره کرد. از بین عیوب شعله و اثرات مختلف ارائه شده ناشی از این عیوب، عیب عدم تعادل نسبت سوخت به هوا قابلیت شبیه سازی در مدل مذکور به دست آمده را دارد. سیستم توربین گازی در حالت عملکرد طبیعی و معیوب برای سناریوهای مختلف سرعت روتور، شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی تشخیص عیب را در زمان وقوع نشان می دهد.

نظریه فیدبک کمّی (qft) یکی از روش های عملی در زمینه طراحی کنترل کننده های مقاوم است. ویژگی بارز این روش طراحی در حوزه فرکانسی، وضوح و روشنی است که در فرآیند طراحی کنترل کننده بین پایداری و مشخصات عملکرد مطلوب و پیچیدگی کنترل کننده در حضور نامعینی و اغتشاشات وجود دارد. اصلی ترین مراحل طراحی در این روش بدست آوردن باندهای فرکانسی مرکب و شکل دهی سیستم حلقه باز به منظور برآورده شدن این باندهای فرکانسی مرکب است. در این پایان نامه دو ساختار کنترل کننده بهینه مورد بررسی قرارگرفته شده است. ساختار اول مربوط به کنترل کننده هایی است که دارای تابع تبدیل از مرتبه صحیح هستند که به منظور برآوردن پایداری و مشخصات عملکرد مقاوم نیاز به پیچیدگی بالایی دارند. در ساختار دیگر با بکارگیری کنترل کننده هایی که دارای تابع تبدیل از مرتبه کسری هستند، می توان با وجود داشتن ساختار با پارامترهای کمتر، به حالت بهینه بیشتر و بهتر نزدیک شد. ساختارهای مختلف کنترل کننده ها از مرتبه کسری مورد بررسی قرارگرفته و مقایسه شده اند. روش های بهینه سازی تصادفی برای بدست آوردن کنترل کننده بهینه بکارگرفته شده است. در قسمت پایانی، نتایج شبیه سازی و مقایسه بین کنترل کننده ها از مرتبه صحیح وکسری برای سیستم های می نیمم فاز و غیرمی نیمم فاز ارائه شده است تا تاییدی بر انعطاف و توانایی ساختارهای کسری باشد.

در این پایان نامه برای گروهی از سیستم های دینامیکی خطی با پارامترهای نامعلوم، یک روش کنترل تطبیقی مدل مرجع به حالت فیدبک خروجی تعمیم یافته است، به طوری که تطبیق پایدار را در حضور اشباع ورودی تضمین می نماید. برای سیستم هایی که در حالت حلقه باز پایدارند، پایداری سیستم حلقه بسته به صورت سراسری و برای سیستم های به صورت حلقه باز ناپایدار، سیستم حلقه بسته به شکل محلی پایدار می گردد. در این روش به ازای برقراری شرایطی می توان تضمین نمود که سیگنال کنترل تطبیقی وارد ناحیه اشباع نگردد. علاوه بر این، با توجه به این که مدل خطای استفاده شده در مسئله به حالت استاندارد مورد استفاده در کنترل تطبیقی مقاوم است، با استفاده از کنترل تطبیقی مقاوم، مقاومت سیستم در برابر اغتشاشات محدود افزایش پیدا کرده است. این کار با اعمال روش اصلاح-? انجام پذیرفته است. شبیه سازی یک سیستم با درجه نسبی 2 نتایج حاصل شده را تایید می کند.

پایش کارایی سیستم کنترل از موضوعات کاربردی در حوزه ی مهندسی کنترل می باشد . برای ارتقای کارایی سیستم های کنترلی از معیارهای مختلفی استفاده می کنند که با استفاده از این معیارها عملکرد سیستم های کنترلی ارزیابی می گردد . هدف از پایش کارایی سیستم کنترلی بدست آوردن اطلاعاتی از کارایی بر حسب اهداف کنترلی است . گام بعدی پایش کارایی تشخیص منابع ناکارامدی و تلاش برای رفع مشکل و اصلاح کارایی سیستم است . تاکنون تحقیقات گسترده ای در زمینه روش های پایش و ارزیابی سیستم های کنترل توسط معیارهای مختلف شده است ولی در زمینه ترکیب این معیارها به منظور کاهش عدم قطعیت آن ها تحقیقات اندکی صورت گرفته است . در پژوهش حاضر به منظور کاهش تاثیر عدم قطعیت معیارهایی که در جهت پایش کارایی سیستم کنترلی تک ورودی تک خروجی استفاده کردیم، از الگوریتمی بر پایه ترکیب طبقه بندی کننده ها با بکار بردن اپراتور انتگرال فازی بهره بردیم تا ضمن ارزیابی سیستم تحت کنترل ، منابع ناکارامدی در صورت وجود را نیز بتوانیم تشخیص دهیم .

تا به امروز اندیس های متفاوتی برای پایش عملکرد سیستم های کنترلی ارائه شده است که هر کدام به پایش نوع خاصی از ناکارآمدی ها متمرکز بوده و تصمیم گیری بر اساس هرکدام از این اندیس ها بطور مجزا می تواند با نایقینی همراه باشد چراکه در عمل از یک طرف هر اندیس تحت برخی شرایط ممکن است ضعف عملکردی داشته باشد و از طرف دیگر ناکارآمدی های متفاوت در برخی موارد شبیه به یکدیگر عمل می کنند. بنابراین نیاز است تا از ترکیب تصمیمات این اندیس ها استفاده شود. از طرفی تمرکز اکثر تحقیقات انجام شده در زمینه پایش عملکرد سیستم های کنترلی بر روی ساختار تک حلقه ای بوده و این در حالی است که اکثر سیستم های صنعتی دارای ساختاری چندحلقه ای می باشند. یکی از عمومی ترین ساختارهای چندحلقه ای که اکثر سیستم های صنعتی را می تواند مدل کند چیزی نیست جز ساختار سری متوالی. بدین منظور و در راستای این پایان نامه از الگوریتمی برپایه نظریه ترکیب داده ها در سطح ترکیب تصمیمات با استفاده از ترکیب بیزین، دمپستر-شیفر و میانگین توابع اختصاص پایه در واحد ترکیب مرکزی و ترکیب میانگین وزن دار مرتبه یاقته در واحد تصمیم گیری جامع برای پایش عملکرد سیستم های کنترلی با ساختار سری متوالی استفاده شده است تا علاوه بر پایش عملکرد، بتوانیم منبع ناکارآمدی(در صورت وجود) را نیز تشخیص دهیم. در انتها نیز برای افزایش اعتبار الگوریتم پیشنهادی، نتایج حاصل از شبیه سازی کامپیوتری و همچنین پیاده سازی بر روی سیستم سری متوالی دبی و سطح آورده شده است.

امروزه موضوع ارزیابی عملکرد کنترل کننده در علم مهندسی کنترل بسیار مورد توجه قرار گرفته است. برای این منظور معمولا یک شاخص عملکرد از کنترل گر متصل به سیستم با یک کنترل گر مرجع -مثلاً کنترل حداقل واریانس- مقایسه می گردد. با این حال در عمده تحقیقات انجام گرفته در این زمینه سیستم تحت کنترل، خطی فرض شده است و لذا عملکرد کنترل گر تنها در محدوده کاری ای از سیستم که در آن بتوان مدل سیستم را خطی فرض کرد، مورد ارزیابی قرار گرفته است. در این پروژه سعی شده است برای دسته ای از سیستم های غیرخطی (سیستم های خطی سازی پذیر با فیدبک) عملکرد کنترل گر با در نظر داشتن غیرخطی بودن سیستم مورد توجه قرار گیرد. در اینجا کنترل حداقل واریانس به عنوان مرجع در نظر گرفته می شود. برای این منظور ابتدا سیستم مورد نظر به کمک شبکه های عصبی با ساختار مناسب شناسایی می شود؛ سپس با داشتن مدل شناسایی شده، توسط خطی سازی فیدبک، سیستم خطی می شود؛ در ادامه برای سیستم خطی شده، یک کنترل گر خطی اعمال می گردد. از روی داده های خروجی سیستم تحت این کنترل گر شاخص هریس محاسبه می گردد و این شاخص، معیاری برای سایر کنترل گرهای خطی و غیرخطی قرار می گیرد. در نهایت این روش ارزیابی عملکرد، بر روی یک دستگاه کنترل ph آزمایشگاهی پیاده سازی شده است.

در این پایان نامه مسئله ی بهینه سازی در کنترل پیش بین مورد بررسی قرار گرفته است. در کنترل پیش بین، برای یافتن سیگنال کنترلی، یک مسئله ی بهینه سازی درجه دوم بایستی حل شود و از آنجا که این مسئله مقید است روشهای بهینه سازی مقید درجه دوم برای حل آن قابل ارائه است. برای حل مسئله ی بهینه سازی که در کنترل پیش بین با آن مواجه هستیم، روشهای گوناگونی وجود دارد. در این پایان نامه به یک الگوریتم خاص به نام الگوریتم پیش گو-اصلاح گر مهروترا پرداخته شده است و پس از شرح مزیت ها و ویژگی های آن، یک گونه ی اصلاح شده از این الگوریتم، ابتدا برای مسئله ی برنامه ریزی درجه دوم توسعه داده شده و سپس به مسئله ی کنترل پیش بین اعمال گردیده است. در نهایت با در نظر گرفتن چند سیستم مختلف و اعمال کنترل پیش بین پیشنهادی به آنها در حالتهای مختلف، با افقهای پیش بین گوناگون، کارآمدی این روش به دقت بررسی شده است. برای بررسی کارآمدی این روش، سرعت پاسخدهی آن با دستور مخصوص برنامه ریزی درجه دوم نرم افزار متلب مقایسه شده است. نتایج حاصل به خوبی نشان دهنده ی سرعت بیشتر در حل مسئله ی کنترل پیش بین در هر گام بوده است.

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.

با توجه به کاربرد وسیع موتورهای القایی، کنترل آنها نیز از اهمیت بالایی برخوردار است، از اینرو کنترل مستقیم گشتاور به عنوان یک روش کنترلی متداول برای موتورهای القایی (سنکرون) و آسنکرون همواره مورد توجه بوده است. اما در این روش از یک جفت مقایسه گر هیسترزیس استفاده شده است که همین امر سبب به وجود آمدن ضربان در گشتاور و شار، و همچنین فرکانس کلید زنی متغیر می شود. در این پایان نامه با استفاده از تئوری سیستم های ترکیبی نقایص این روش بر طرف می گردد. تمامی مراحل اجرای این پایان نامه در نرم افزار matlab انجام گرفته است. نتایج بدست آمده از شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی ارائه شده دارای کاهش تلفات کلید زنی قابل توجه ای نسبت به روش کنترل مستقیم گشتاور کلاسیک می باشد.

پیش بینی فرایند دینامیکی یکی از مهمترین اجزای مدیریت و کنترل این فرایندها در بسیاری از زمینه ها در علوم و فن آوری می باشد . از جمله این فرایندها که ارتباط مستقیمی بازندگی بشری که بدون صنعت زیستن برایش ناممکن است، آلودگی هوا می باشد. در این گزارش با استفاده از چهار روش اقدام به پیش بینی آلاینده های هوای شهر اراک نمودیم. در فصل اول به کمک روشهای کلاسیک و بوسیله ابزارهای ریاضی اقدام به بررسی نوع داده ها به صورت سری های زمانی نموده ایم. در ادامه با توجه به دینامیک بالای غیر خطی داده ها با کمک سه نوع شبکه های عصبی که به خوبی می توانند دینامیک غیر خطی داده ها را مدل کنند اقدام به پیش بین نمودیم. دومین روش، شبکه های عصبی پرسپترون چند لایه می باشد. سپس اقدام به حافظه دار نمودن شبکه نمودیم، که حاصل آن دوشبکه عصبی با نامهای tdl و گاما شد.

در این پایان نامه یک سیستم مصرف انرژی از دیدگاه کنترلی مطالعه می شود. این سیستم که به ir-136 معروف است، از انرژی پرتوهای گامای ساطع شده از یک چشمه کبالت 60 جهت سترون سازی محصولات یک بار مصرف پزشکی و ضد عفونی کردن مواد غذایی خشک و .. استفاده می کند. سیستم ir-136 دارای یک کنترل کننده رله ای است که اصلی ترین قسمت آن مربوط به کنترل ایمنی پرتوی می باشد. سیستم ir-136 پس از مطالعه، شبیه سازی شد. سپس سیستم کنترل رله ای مربوط نیز شبیه سازی و بر روی آن نصب گرید. با استفاده از این شبیه سازی امکان مطالعه بر روی الگوی کنترلی سیستم فراهم و در نهایت این الگوی کنترلی برمبنای plc طراحی و به زبان s5ترجمه گردید. نصب plc این امکان را برای سیستم فراهم می کند تا هر نوع تغییر در الگوی کنترلی با کمترین هزینه و در حداقل زمان ممکن پیاده سازی و مورد آزمایش قرار گیرد. حذف کارتن های مجازی در تغییر گروه دزی و حذف حالت چشمه پایین در پرتودهی محصولات با دز جذبی کمتر از 10 کیلو گری، از الگوهای کنترلی جدیدی است که می تواند در بهینه سازی مصرف انرژی چشمه کبالت 60، نقش چشم گیری داشته باشد.

هدف از انجام این پروژه ارائه یک الگوریتم مناسب و خودکار برای کنترل قابل اطمینان فرایندهای چند متغیره، از لحظه راه اندازی می باشد. فرایندهای چند متغیره مورد نظر طیف گسترده ای از فرایندهای صنعتی پایدار را در بر دارند. در این راستا زیر الگوریتم هایی که تمهیدات و اقدامات لازم را جهت کنترل عمومی فرایند مهیا می سازند، ارائه شده اند. این زیر الگوریتم ها با داشتن حداقل دانش ممکن از ویژگی های فرایند تحت کنترل، مرحله به مرحله اطلاعات مورد استفاده در گام بعدی را آماده می سازد تا در نهایت کنترل مناسب فرایند چندمتغیره انجام گیرد. این زیر الگوریتم ها به ترتیب جهت انجام مراحل راه اندازی، تست حلقه باز، تست فیدبک رله ای تعمیم داده شده، تست حلقه بسته ، شناسایی مدل، کنترل pid چند متغیره و در نهایت کنترل کننده پیش بین تعمیم یافته ی چندمتغیره طراحی و تنظیم شده اند. در نهایت عملکرد الگوریتم ارائه شده با شبیه سازی بر روی چندین فرایند چندمتغیره ی شامل مدل های خطی و غیرخطی چند فرایند صنعتیِ پایدار و همچنین پیاده سازی بر روی فرایند ترکیبی کنترل سطح و فلو، واقع در آزمایشگاه کنترل فرایند دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، مورد ارزیابی قرار گرفته است.

در رساله حاضر به طراحی یک سیستم کنترل پیش بین مقاوم با رویکرد h2، ∞h_و mpc برای یک صفحه پایدار ژیروسکوپی سه محوره پرداخته شده است. صفحه پایدار تحت اثر اغتشاشات پایه حامل خود (خودرو یا جسم پرنده) قرار دارد. بار مفید پایدارکننده، دوربین های فیلمبرداری تجاری و نظامی در نظر گرفته شده که کیفیت تصویر و حفظ سوژه در میدان دید از اهمیت زیادی برخوردار می باشد. در بخش اول پس از مدل سازی و استخراج معادلات حرکت پایدارکننده با ژیروسکوپ های مکانیکی و غیرمکانیکی، کنترل کننده-های فوق الذکر طراحی و بهبود عملکرد سیستم با شبیه سازی های مختلف به اثبات رسیده است. برای اطمینان از دست یابی به ردگیری یکنواخت و حذف اغتشاشات فرکانس بالا در حضور نامعینی های پاژیر با رعایت حداقل توان مصرفی ترکیبی از کنترل بهینه مقاوم ارائه شده است. در بخش دوم رساله با ایجاد یک پایدارکننده آزمایشگاهی سه محوره سعی شده تا سیستم های کنترل طراحی و سنتز شده بر روی آن پیاده سازی شده و بهبود عملکرد پایدارکننده در مودهای پایدارسازی و ردگیری نشان داده شود. بهبود کیفیت عملکرد پایدارکننده از طریق مقایسه فیلم برداری های انجام شده در حالت عدم پایدارسازی و پایدارسازی با کنترل کننده های مختلف عملا نشان داده شده است.

حضور کنترل کننده های تحمل پذیر عیب در سیستم های صنعتی بسیار حیاتی است. محرک های افزونه در سیستم های کنترل پیشرفته موجب افزایش مانورپذیری سیستم، انعطاف پذیری سیستم، ایمنی و تحمل پذیری سیستم در برخورد با عیب ها می شود. مدیریت سیگنال های کنترل بین محرک های افزونه هنگامی که سیستم دچار عیب شده است، وظیفه ای است که الگوریتم های کنترل تخصیص محرک ها بر عهده دارند. سادگی، دقت و پایین بودن حجم محاسباتی از ویژگی های مهم یک الگوریتم کنترل تخصیص محرک ها است. در این پایان نامه یک روش تطبیقی برای کنترل تخصیص محرک ها بر اساس معکوس مجازی در امتداد فضای پوچی ماتریس کنترل ارائه شده است تا کنترل تخصیص محرک ها بتواند به صورت تطبیقی عیب محرک ها را شناسایی کرده و سیستم در مقابل وقوع عیب تحمل پذیر شود. روش پیشنهادی، مساله کنترل تخصیص محرک ها را حل می نماید و پاسخ دقیقی را ارائه می دهد. این روش همچنین قیود محرک ها را در نظر می گیرد و از نظر حجم محاسباتی بسیار سریع است. شبیه سازی های متنوعی برای نشان دادن کارایی روش پیشنهادی نشان داده شده است.

یکی از ویژگی های مهم یک طراحی برای پایش عملکرد کنترلی سیستم ها، عدم نیاز به پیش دانش نسبت به اطلاعات کامل و دقیق از مدل سیستم است. مسئله ی ارزیابی عملکرد کنترلی سیستم های چندمتغیره به همین دلیل هنوز با چالش های حل نشده ای رو به رو است. در این پایان نامه با رفع نواقص روش های ارائه شده تاکنون یک رویکرد جدید برای به دست آوردن پاسخ دقیق یا تقریبی مسئله ی ارزیابی عملکرد کنترلی سیستم های چندمتغیره بر اساس محک حداقل واریانس و استفاده از اطلاعات ناکامل نسبت به سیستم معرفی شده است. به دست آوردن باند بالا و پایین شاخص هریس بر اساس ماتریس تأخیر قطری راست سیستم می تواند در بهبود تقریب شاخص هریس در دسته ای از سیستم ها مفید باشد. همچنین با تعریف زوج ماتریس تأخیر قطری چپ-راست سیستم، ضمن آن که موفق به محاسبه ی همه ی زوج ماتریس های برهم کنش گر قطری چپ-راست برای هر سیستم برای محاسبه ی مقدار دقیق شاخص هریس در دسته ای از سیستم ها می شویم، موجب بهبود تقریب شاخص هریس در دسته ای از سیستم ها که زوج ماتریس برهم کنش گر چپ-راست ندارند خواهیم شد. در پایان مزیت های رویکرد ارائه شده توسط مثال هایی از سیستم های مشهور فرآیندی که برای هر کدام با یکی از راه حل های ارائه شده بهره می بریم، نشان داده شده است.

بیش از چهار دهه است که کنترل کننده¬های پیش¬بین در صنعت مورد استفاده قرار گرفته و همچنین در محیط¬های آکادمیک مورد مطالعه قرار می¬گیرند و از جمله تحقیقات به روز حساب می¬آیند. در این بین کنترل کننده¬های پیش¬بین تعمیم یافته به دلیل ویژگی¬های منحصر به فرد خود در زمینه حل برخی از مشکلات سیستم¬های تأخیردار، ناکمینه فاز و ناپایدار و همچنین قابلیت کارکرد با مدل¬های ساده تابع تبدیل کاربرد وسیعی در صنایع مختلف دارند. در این میان مسئله¬ای که در مورد تمامی کنترل کننده¬ها مطرح است، مسئله تنظیم است. شاید بتوان گفت که با یک تنظیم مناسب می¬توان بر بسیاری از مشکلات صنعتی فائق آمد. در این پایان نامه سعی شده با استفاده از جمع آوری مقادیر بهینه ضریب وزنی سیگنال کنترلی برای هر دو حالت تک ورودی تک خروجی و چند متغیره مدل تابع تبدیل تخمین زده شده مرتبه اول با تأخیر، رابطه¬ای برای تنظیم ضرایب این کنترل کننده با استفاده از تحلیل واریانس داده¬ها به منظور مشخص کردن بیشترین و کمترین ترکیب از ترکیبات غیرخطی مختلف از پارامترهای مدل، برای رسیدن به عملکرد مطلوب به دست آورده شود. برای این منظور در ابتدا برای حالت تک ورودی تک خروجی رابطه تنظیم را به دست خواهیم آورد و بعد از آن وارد روش تنظیم برای حالت چند متغیره خواهیم شد که طی چند بررسی با تحلیل واریانس از روی داده¬های به دست آمده، ساختاری را برای ضریب وزنی کنترل کننده ارائه خواهیم کرد.

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.

از مسائل مطرح در سیستم های کنترل، نامعینی در مدل و ساختار است. در سال های اخیر، طرح کنترل کننده هایی که در برابر نامعینی مدل مقاوم باشند و در شرایط مختلف کاری عملکرد مناسبی داشته بااشند. مورد توجه فراوان قرار گرفته است تئوری hx، سنتز ، طراحی فیدبک کمی qft و ... از جمله روش های کنترل مقاوم می باشد. qft یک روش مهندسی است که بر استفاده از فیدبک برای دستیابی به محدوده عملکرد مطلوب ، در حضور نامعینی و اغتشاشات، تأکید دارد و علاوه بر اطلاعات دامنه، اطلاعات فاز نامعیینی در طراحی استفاده می کند. ایده های اساسی روش qft توسط هرویتز در سال 1959 ارائه گردید از مزایای qft می توان به سادگی استدلال های ریاضی مصالحه شفاف بین حلقه ها و اهداف کنترلی اشاره کرد. تا به حال دو ایده در انتخاب عملکرد مطلوب در مسائل qft مطرح شده است. یکی به محدودیت اعمالی براندازه پاسخ سیستم کنترل مربوط می شود که در اغلب کارهای انجام شده در زمینه qft استفاده شده است و دیگری به استفاده از ایده بهبود عملکرد خطای ردیابی بر می گردد که در سال 1992 برای اولین بار توسط یانبف مطرح شده است و هدف از آن محدود کردن خطای ردیابی سیستم در حضور نامعینی می باشد. در راستای کنترل سیستم های siso در این پایان نامه روش جدیدی به هدف بهبود عملکرد خطای ردیابی، با استفاده از حل مسأله تطابق مدل ارائه شده است که ضمن سادگی در حل مسأله mimo بسیار موثر می باشد همچنین در مورد کنترل سیستم های mimo با بهبود عملکرد خطای ردیابی کارهای معدودی انجام شده است و این تحقیق در راستای بهبود روش های موجود می باشد. معایب روش های ارائه شده در زمینه mimo-qft با بهبود عملکرد خطای ردیابی را می توان چنین ذکر کرد که، استدلال شده است با کنترل کننده های غیر قطری دستیابی به عملکردهای مطلوب دشوار است و در نتیجه mimo-qft با کنترل کننده های غیر فطری با بهبود عملکرد پاسخ سیستم کنترل به عنوان یک مساله باز حل نشده مطرح است علاوه بر آن ارائه باندهای طراحی برای تک تک عناصر پیش فیلتر در دو حالت متمرکز و غیر متمرکز، به عنوان مسأله باز حل نشده مطرح می باشد. همچنین تا به حال در زمیه مساله mimo-qft غیر متمرکز با بهبود عملکرد خطای ردیابی روشی ارائه نشده است در این پایان نامه هدف رسیدن به روشی جدید برای حل مسأله qft با بهبود عملکرد خطای ردیابی است به طوری که کاستی های مطرح شده را رفع نماید. همچنین تلاش شده است تتا وجود جواب بررسی شود نشان داده شده است در صورتی که سیستم می نیمم فاز باشد دستیابی به هر عملکرد مطلوب خطای ردیابی امکان پذیر است در صورتی که برای سیستم های غیر می نیمم ناز این طور نیست و نیاز به در نظر گرفتن شرایط میانیایی می باشد.

کنترل سیستم¬های غیرخطی و چند متغیره یکی از اصلی¬ترین دغدغه¬های صنعت در عصر حاضر است. کنترل دقیق و مناسب سیستم¬هایی که در صنایع مهم و کاربردی مورد استفاده هستند از اهمیت بالایی برخوردار است؛ زیرا هر گونه اشتباه در کنترل چنین سیستم¬هایی می¬تواند منجر به عملکرد ضعیف و در مواردی جبران ناپذیر گردد. از جمله¬ی این سیستم های غیرخطی و در عین حال با اهمیت و گران-قیمت، توربین گازی است. در این پژوهش، به منظور کنترل دور توربوکمپرسور دو محوره sgt600، با خطی سازی سیستم در نقطه عملکرد مورد نظر، یک کنترل¬کننده پیش بین مقید طراحی شده است و نتایج با توجه به محدودیت¬های عملکردی سایر پارامترهای سیستم، مانند دمای گاز خروجی و ورودی توربین و نقطه عملکرد کمپرسور هوا و دور بودن آن از خط surge نشان داده شده است. همچنین عملکرد کنترل کننده طراحی شده با کنترل¬کننده غیرخطی طراحی شده شرکت siemens، مقایسه و نتایج آن گزارش شده است. نتایج شبیه سازی نشان دهنده عملکرد بهتر کنترل¬کننده پیش بین در ردیابی سرعت (بار) مطلوب بوده است. در ادامه با بررسی مساله سرج کمپرسور گاز سعی در کنترل سرج با تنظیم سوخت شد. امروزه کنترل سرج کمپرسور گاز با استفاده از شیر آنتی سرج انجام می شود. با توجه به اینکه استفاده از شیر آنتی سرج با اتلاف انرژی و افت راندمان سیستم همراه است، در این طراحی مساله کنترل سرج کمپرسور گاز نیز به صورت یک قید به کنترل کننده سوخت اضافه شد. هدف از اعمال قید سرج کمپرسور گاز، استفاده حداقلی از شیر آنتی سرج آن است، با توجه به نتایج شبیه سازی این مهم برای اغتشاش در خروجی کمپرسور گاز نتایج مطلوبی نشان داد

این رساله به مسأله تنظیم پارامترهای کنترل پیش بین چندمتغیره می پردازد. ابتدا روش های پیشین تنظیم به صورت تفصیلی بررسی شده و دسته بندی جدیدی از این روش ها ارائه می شود. سپس با رویکرد تحلیل واریانس و برازش منحنی فرمول های بسته تنظیم برای سیستم های تک ورودی- تک خروجی ارائه می گردد اما با توجه به ماهیت سعی وخطایی این روش ها، در ادامه به بررسی ارائه فرمول های تحلیلی تنظیم بر اساس روابط حلقه بسته پرداخته می شود. با توجه به این که مدل های مرتبه اول با تاخیر بسیاری از فرآیندهای صنعتی را به خوبی توصیف می کنند، از این مدل ها برای تقریب سیستم واقعی استفاده گردیده است. با استفاده از این مدل ها و فرض هایی از جمله غیرفعال بودن قیدها، تابع تبدیل سیستم حلقه بسته تعیین می گردد. در ادامه با استفاده از تعریف دو مفهوم دست یافتنی و شدنی، عملکرد کنترل کننده تنظیم شده نیز مشخص می شود و با استفاده از روابط تحلیلی تنظیم ارائه شده نشان داده می شود که تمام عملکرد دست یافتنی با افق کنترل یک و دو قابل دست یابی است. با تغییراتی در ساختار کنترل پیش بین برای ساده تر شدن روابط حلقه بسته، به تعمیم ایده به سیستم های چندمتغیره پرداخته می شود و برای سیستم های چندمتغیره ای که بتوان تک تک توابع تبدیل بین ورودی و خروجی های آن را با مدل مرتبه اول با تاخیر تقریب زد فرمول تنظیم تحلیلی ارائه می شود. ابتدا برای دو رده خاص از این سیستم ها با محاسبه توابع تبدیل سیستم حلقه بسته، در شرایطی خاص نحوه تنظیم به قصد دکوپله شدن کامل و یا جزئی سیستم حلقه بسته بیان می گردد و بر اساس توابع تبدیل حلقه بسته بدست آمده، برای تنظیم پارامترهای کنترل کننده پیش بین روابط تحلیلی ارائه می شود. هم چنین، عملکرد دست یافتنی سیستم حلقه بسته توسط فرمول های ارائه شده مشخص می شود. پس از این دو رده خاص از سیستم ها، به سیستم های چندمتغیره مرتبه اول با تاخیر در حالت کلی نیز پرداخته شده است و با ارائه تابع تبدیل سیستم حلقه بسته روش تنظیمی برای این حالت نیز بیان شده است. قابل ذکر است که با مثال های شبیه سازی و چند مثال عملی به راستی آزمایی و مطالعه مقایسه ای فرمول های تنظیم پرداخته شده است.

امروزه با پیچیده شدن سیستم ها، طراحی کنترل کننده های تطبیقی اهمیت ویژه ای یافته اند. در طراحی این کنترل کننده ها محدودیت هایی وجود دارد که یکی از مهم ترین آن ها به اشباع رفتن عملگرها می-باشد. به اشباع رفتن عملگرها می تواند عملکرد و حتی پایداری سیستم های تطبیقی را به طورجدی به چالش بکشد. این موضوع برای سیستم های چندمتغیره اهمیت بیشتری پیدا می کند. روش های مختلفی برای کنترل تطبیقی سیستم ها در حضور به اشباع رفتن عملگرها (به خصوص برای سیستم های تک ورودی-تک خروجی) وجود دارند. در این پایان نامه روشی برای کنترل تطبیقی سیستم های چندمتغیره بر اساس رویتگر تطبیقی در حضور به اشباع رفتن عملگرها با درنظر گرفتن دینامیک آن ها ارائه شده است که دارای قیدهای کمتر و پاسخ بهتری نسبت به روش های کلاسیک موجود می باشد. همچنین به-واسطه استفاده از رویتگر تطبیقی از فیدبک خروجی برای کنترل تطبیقی استفاده شده است.

امروزه بسیاری از سیستم های صنعتی دارای حلقه کنترلی با کنترل کننده ای از پیش طراحی شده هستند. اما آیا این کنترل کننده ها به درستی کار می کنند؟ آیا این کنترل کننده ها عملکرد مطلوبی در مقابله با پدیده های تصادفی دارند؟ پایش عملکرد موضوعی است در علم مهندسی کنترل که به سوالات مطرح شده پاسخ می دهد. در این بحث سیستم های حلقه بسته کنترلی مورد مطالعه قرار می گیرند و سعی بر آن است که این پایش طوری صورت گیرد که کمترین تغییرات بر سیستم حلقه بسته تحمیل شود. حلقه هایی که شامل سیستم ها و کنترل کننده های خطی و غیرخطی هستند در صنایع به وفور دیده می شوند و پایش عملکرد و بازبینی رفتار آن ها می تواند از نظر اقتصادی و زمانی بسیار سودمند باشد. با ورود این بحث به سامانه های صنعتی می توان در زمان کمتر محصولی با کیفیت بالاتر ارائه کرد. از مهمترین مشکلات پایش عملکرد در سیستم های غیرخطی، نبود کنترل کننده حداقل واریانس در این سیستم ها است. هرچند که اخیراً برای سیستم های سری ولترای مرتبه دوم کنترل کننده حداقل واریانس ارائه شده است اما این کنترل کننده اثباتی برای پایداری ندارد. در این پایان نامه با معرفی یک کنترل کننده پس خور حالت پایدار که رویکردی به سمت حداقل کردن واریانس در خروجی دارد توانستیم به پایش عملکرد سیستم های غیرخطی بپردازیم. با توجه به خصوصیت های این کنترل کننده بحث پایداری مقاوم آن در برابر نامعینی پارامتری در سیستم ها مطرح شد و با تنظیم این کنترل کننده موفق به پایدار کردن آن در برابر این نوع نامعینی شدیم. حالت تعقیب نیز از جمله مشخصاتی بود که در این کنترل کننده به آن پرداخته شد و با تنظیم بهره ای در سیگنال کنترلی، موفق به تعقیب برخی از ورودی های پله واحد شویم. پایش عملکرد تطبیقی نیز از پیشنهادات این پایان نامه برای سیستم های غیرخطی بود که توانستیم با این الگوریتم، پایش عملکرد سیستم های غیرخطی با مدل سری ولترا مرتبه دوم را انجام دهیم و شاخص هریس را به صورت تطبیقی بیان کنیم.

روش qft یکی از روشهای کارآمد طراحی کنترل کننده برای سیستمهای نامعین است. طراحی کنترل کننده های qft شامل چندمین گام است که مهمترین آنها شکلدهی تابع انتقال حلقه است. در این گام باید کنترل کننده را طوری بدست آورد که تابع انتقال حلقه باز حاصل، کرانهای بدست آمده با توجه به مشخصات عملکردی مطلوب و نامعینها را برآورده سازد و بهره فرکانس بالای آن کمینه باشد. تا به حال این گام با آزمون و خطا انجام می شد و بهینگی کنترل کننده حاصل بسیار وابسته به خبرگی طراح بود. در این پایان نامه سه روش برای رفع این مشکل و شکلدهی خودکار تابع انتقال حلقه در طراحی qft ارایه شده است که در آنها از نظریه lmi و الگوریتمهای ژنتیک استفاده شده است.

در این پروژه حلقه ردیابی یک موشک زمین هوا در حالت سه بعدی تحلیل کامل گردیده و معادلات آن بدست آمده است. برای این کار ابتدا مدل قسمتهای مختلف حلقه ردیابی بدست آمده است بعد از مدلسازی قسمتهای مختلف به تحلیل حلقه ردیابی پرداخته ایم حلقه ردیابی دو وظیفه اصلی دارد. اول، ردیابی خط دید موشک، هدف توسط محور ژایرو که با اعمال گشتاور لازم به ژایرو این تعقیب صورت می گیرد. وظیفه دوم، اندازه گیری سرعت زاویه ای خط دید برای پیاده سازی قانون هدایت می باشد که هر دو وظیفه مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است معادلات سه بعدی بدست آمده دارای پیچیدگی زیادی بوده و تعبیر فیزیکی خاصی نداشتند لذا ما دستگاه مختصات مخاصی به نام دستگاه خط دید تعریف کرده ایم، که معادلات پیچیده حلقه، در این دستگاه بسیار ساه بیان شده و معلوم می گردد که حلقه ردیابی دو پارامتر اصلی هندسه درگیری را اندازه می گیرد.که دقیقا همان پارامترهای مورد نیاز برای محاسبه قانون هدایت می باشد به این ترتیب تعابیر فیزیکی جالبی برای خروجی های حلقه بدست آمد که هم برای درک نحوه اندازه گیری و هم برای درک نحوه هدایت و کنترل موشک مفید خواهند بود. در ادامه خطاهای سیستم نیز بررسی و تحلیل شده اند در آخر حلقه را شبیه سازی نموده و خروجی های حلقه را به ازای ورودی های مختلف مشاهده نموده ایم. که مشاهدات با نتایج بدست آمده از تحلیل ها مطابقت کامل دارد.

در این پایان نامه 3 روش برای تنظیم پارامتر های کنترل کننده مرتبه کسری مبتنی بر ساختار اسمیت استاندارد، اسمیت با فیلتر مقاوم ساز و ورودی مرجع وزن دار بیان شده است. در بخش اول این رساله روشی مبتنی بر بهینه سازی مقید بر اساس قیود فرکانس قطع بهره، حاشیه ی فاز و توابع حساسیت برای طراحی کنترل کننده مرتبه کسری بیان شده که روش مذکور مبتنی بر ساختار اسمیت استاندارد می باشد. در بخش دوم پروژه روشی تحلیلی برای طراحی کنترل کننده مبتنی بر ساختار اسمیت با فیلتر مقاوم ساز ارائه شده که در آن از ترکیب کنترل کننده و فیلتر مرتبه کسری برای دست یابی به پاسخ مطلوب استفاده شده است. روش ارائه شده در این بخش برای سیستم های پایدار و ناپایدار مرتبه کسری قابل استفاده می باشد. همچنین در تحلیل انجام شده در این بخش از پروژه نشان داده ایم که کنترل کننده مرتبه کسری بدست آمده تحت شرایط بیان شده در این رساله می تواند عملکرد مقاوم تری نسبت به کنترل کننده کلاسیک داشته باشد. در بخش پایانی پروژه روشی تحلیلی برای تنظیم پارامتر های کنترل کننده مرتبه کسری مبتنی بر ساختار ورودی مرجع وزن دار بیان شده که در آن برای کاهش نوسانات و دست یابی به پاسخ حلقه بسته مطلوب از یک پیش فیلتر مرتبه کسری نیز استفاده شده است. همچنین با توجه به وجود امکانات آزمایشگاهی دو روش مبتنی بر ساختار اسمیت استاندارد و ورودی مرجع وزن دار بیان شده در این رساله بر روی سیستم های دو ورودی-دو خروجی کنترل ترکیبی سطح-فلو و هلیکوپتر آزمایشگاهی پیاده سازی و نتایج آنها با کنترل کننده های کلاسیک مقایسه شده است. ساده و موثر بودن از ویژگی های روش های پیشنهادی در این رساله می باشد.

در این پایان نامه کنترل پیش بین چندعاملی به منظور کنترل ثانویه ولتاژ و فرکانس ریزشبکه در حالت جزیره ای طراحی شده است. استفاده از کنترل چندعاملی با توجه به اینکه هر عامل، اطلاعات را تنها از برخی عامل ها دریافت می کند، منجر به کاهش حجم اطلاعات نسبت به حالت متمرکز می شود. همچنین به دلیل پردازش موازی عامل ها، از حجم محاسبات کاسته شده و قابلیت اطمینان، به دلیل وابسته نبودن به یک واحد کنترلی افزایش می یابد. با توجه به قابلیت های کنترل پیش بین از جمله توانایی لحاظ کردن قیود و طراحی ساده برای سیستم های چندمتغیره، از آن به عنوان کنترل کننده ی لایه ی دوم هر عامل استفاده شده است. به منظور کنترل مناسب دامنه ولتاژ و فرکانس ریزشبکه در شرایط مختلف، بازه ی مجاز دامنه ولتاژ و فرکانس به عنوان قید در کنترل پیش بین لحاظ شده است. این کار منجر به تضمین عدم خروج ولتاژ و فرکانس از بازه ی مجاز خود می شود. با توجه به اینکه لایه کنترلی ثانویه کندتر از لایه اول است، از رویکرد سیستم های چندنرخی در روند طراحی کنترل کننده پیش بین استفاده شده است. به منظور ارزیابی روش ارائه شده شبیه سازی در حالت های مختلفی انجام و نتایج آن آورده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد این کنترل کننده، منجر به تثبیت ولتاژ و فرکانس در مقادیر مطلوب خود می گردد

زمینه های تحقیقاتی کنترل کننده های پیش بین بررسی شده و مساله تنظیم پارامترهای کنترل کننده های پیش بین و کنترل کننده های پیش بین غیرخطی، مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. کنترل کننده پیش بین ساده شده پیشنهاد شده و راهکاری برای تطبیقی کردن آن ارائه شده است تا با تقریب سیستم های غیرخطی به شکل تکه ای خطی و استفاده از تئوری سیستم های خطی، این کنترل کننده قابلیت اعمال به سیستم های غیرخطی را دارا باشد. یک روش برای تنظیم پارامترهای کنترل کننده های پیش بین پیشنهاد شده که با استفاده از بهینه سازی تابع هدف، نه تنها با استفاده از سیگنال کنترلی، بلکه با استفاده از پارامترهای تنظیم، به تنظیم درجه های آزادی کنترل کننده می پردازد. و در نهابت تکنیک هایی برای تنظیم کنترل کننده های پیش بین غیرخطی پیشنهاد شده است که تا امروز مورد بررسی قرار نگرفته اند.

شاخص عملکرد مبتنی بر حداقل واریانس به عنوان یک معیار ارزیابی عملکرد، به خوبی شناخته شده است. توسعه شاخص حداقل واریانس منجر به روش پیشرفته تری به نام شاخص حداقل واریانس تعمیم یافته شده است که در حالت کلی، علاوه بر دانستن تأخیر، نیاز به اطلاعات بیشتری از سیستم کنترل دارد. تقریباً همه سیستم های عملی موجود، دارای درجه ای از رفتار غیرخطی در نواحی کاری خود هستند. با این حال، اکثر روش های ارزیابی عملکرد موجود، تنها قابل اعمال به سیستم های خطی هستند. اعمال روش های خطی به سیستم هایی که درصد قابل توجهی غیرخطی گری دارند، می تواند منجر به برداشت ناصحیح از عملکرد سیستم شود. لذا گسترش روش های موجود به سیستم های غیرخطی امری اجتناب ناپذیر است. هدف اصلی پژوهش حاضر آن است که با استفاده از توسعه روش های موجود، برای دسته ای از سیستم های غیرخطی، روابط مربوط به پایش عملکرد با استفاده از روش حداقل واریانس تعمیم یافته استخراج شود. توجه ویژه ای صورت گرفته است که روش های ارائه شده به راحتی قابل استفاده در فرآیندهای صنعتی باشند. در این رساله، ابتدا مرور نسبتاً جامعی بر روش های موجود ارزیابی عملکرد انجام شده است تا جایگاه تحقیق به خوبی مشخص شود. سپس در ادامه جزئیات ریاضی چند مورد از این روش ها به دقت مورد بررسی قرار گرفته است.

در این پایان نامه به کنترل تطبیقی وضعیت ماهواره با استفاده از رویکرد مدل چندگانه پرداخته شده است. به طور خاص روی کنترل وضعیت ماهواره تحت محدودیت روی سرعت زاویه ای کار شده است. یک قانون کنترل تطبیقی با فیدبک خروجی مبتنی بر ناکنشگری ارائه شده است و سپس با تقسیم فضای پارامتر ماتریس ممان اینرسی به زیرفضاهای کوچکتر مجموعه ای از جفت های مدل/کنترل کننده ایجاد شده است. با کلیدزنی بین این مجموعه بر اساس شاخص عملکردی بر حسب خطای کواترنیون پاسخ گذرای قانون کنترل به طور قابل توجهی بهبود داده شده است. پایداری مجانبی نقطه ی تعادل سیستم با قانون کنترل در حالت بدون کلیدزنی و تطبیق نیز اثبات شده است. یک شبیه ساز مدار و وضعیت ماهواره ایجاد شده و این الگوریتم کنترل روی آن پیاده سازی شده است. علاوه بر این، یک قانون کنترل وضعیت مقاوم ارائه و پایدارسازی مجانبی آن به روش دوم لیاپانوف اثبات شده است که در مقابل گشتاورهای اغتشاشی متغیر با زمان دارای کران محدود، مقاوم است. پاسخ گذرای این قانون کنترل نیز با اعمال رویکرد مدل چندگانه بهبود داده شده است. در این الگوریتم، بر خلاف الگوریتم اول از کلیدزنی استفاده نشده است و در هر لحظه ترکیب محدبی از سیگنال های کنترل مجموعه ی مدل/کنترل کننده به سیستم اعمال شده است. این الگوریتم نیز برای دینامیک و سینماتیک وضعیت ماهواره شبیه سازی شده است.

چکیده ندارد.

چکیده ندارد.

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

هدف اصلی در این پایان نامه ارائــه روشی نوین جهت طراحی کنترل کننده بار-فرکانس برای سیستم قدرت در محیط تجدید ساختار شده و با در نظر گرفتن اثر قراردادهای دوجانبه بین تولیدکنندگان و مصرف کنندگان انرژی الکتریکی است. سیستمهای قدرت الکتریکی از جمله سیستمهای گسترده و با مقیاس بزرگ می باشد. در طراحی و بهره برداری از سیستمهای قدرت یکی از مشخصات کیفی بسیار مهم تثبیت فرکانس سیستم در مقدار نامی و توان انتقالی خطوط ارتباطی به میزان از پیش تعیین شده با حداقل نوسانات گذرا می باشد. این موضوع به عنوان مساله کنترل بار - فرکانس (lfc) یا کنترل اتوماتیک تولید (agc) شناخته شده است. مساله کنترل بار-فرکانس برای سالهای متمادی موضوع تحقیق مهندسین قدرت بوده است و با بزرگتر شدن و پیچیدگیهای ناشی از تغییر ساختار سیستم قدرت الکتریکی به هم پیوسته از اهمیت بیشتری نیز برخوردار شده است. روش متعارف مورد استفاده جهت lfc بهره گیری از کنترل کننده های انتگرالی کلاسیک است . اگر چه این کنترل کننده ها قادر به حذف خطای ایجادشده در فرکانس هستند ولی فاقد کارایی دینامیکی مناسب می باشند و این مشکل در حضور عوامل ناپایدارسازی همچون تغییر پارامترها و محدودیت های غیرخطی تشدید می گردد. این مساله باعث روی آوردن محققین به روشهای نوین برای کنترل بار-فرکانس نظیر روشهای کنترل مقاوم، کنترل تطبیقی، روشهای کنترل هوشمند شامل شبکه عصبی و کنترل فازی شده است. در این پایان نامه از روش کنترل مقاوم qft یا تئوری فیدبک کمی برای طراحی یک کنترل کننده مقاوم برای حل مساله بار فرکانس استفاده شده است. این کنترل کننده برای یک سیستم قدرت که شماتیک آن در محیط تجدید ساختار شده و به خاطر حضور بازیگران متفاوت در بازار آزاد برق تغییر یافته است طراحی و شبیه سازی شده است، به عبارت دقیق تر ، اثرات ناشی از فضای آزاد و رقابتی صنعت برق در مدل سیستم قدرت در نظر گرفته شده و شماتیک کنترل بار –فرکانس از روی مدل کلاسیک آن اصلاح شده و کنترل کننده برای آن طراحی شده است. سیستم قدرت نمونه در این پایان نامه یک سیستم قدرت دو ناحیه ای شامل چهار ژنراتور تولید کننده مستقل توان و چهار کمپانی مصرف کننده توان الکتریکی است که به صورت آزاد قراردادهای دوجانبه انتقال توان را با یکدیگر امضا می کنند. کنترل کننده qft طراحی شده در مقایسه با کنترل کننده کلاسیک نوع انتگرالی پاسخ های به مراتب بهتری را ارائه می دهد. بعلاوه اینکه در این محیط آزاد ممکن است قراردادهای متنوعی بین genco ها به عنوان شرکت های تولیدی توان و disco ها به عنوان شرکت های توزیع برق منعقد شود که شبیه سازی ها برای حالت های مختلف قراردادی انجام شده است. حتی در یک حالت که ممکن است هر یک از discoها با نقض قرارداد انتقال توان شرایط خاصی را ایجاد کنند، شبیه سازی ها موید پاسخ مناسب کنترل کننده ی طراحی شده است. برای اعتبار بخشیدن به مقاوم بودن کنترل کننده qft ، شبیه سازی ها بر روی سیستم نامعین که پارامترهای آن با تغییر زیاد از مقدار نامی در نقطه کار جدیدی قرار گرفته است، انجام شده که شبیه سازی ها در این مورد نیز نشان دهنده مقاوم بودن روش تئوری فیدبک کمی در مقایسه با روش کنترل کننده کلاسیک است.

ردیابی اهداف مانور دهنده یکی از مسائلی است که به سبب حساسیت های نظامی ومراقبتی توجه دانشمندان زیادی را به خود جلب نموده است . در این پایان نامه پس از معرفی مساله و بیان ارتباط آن با فیلترهای تصادفی مبتنی بر مدل، بطور مختصر معروفترین این فیلترها یعنی کالمن مورد بررسی قرار گرفته و خواص و محدودیت های آن مطرح می شود. در ادامه جهت مقابله با محدودیت های فیلتر فوق، روشهای تخمین تطبیقی و تخمین به روش مدلهای چندگانه ارائه می گردد.

دراین پژوهش ، ابتدا مرور مختصری بر روانشناسی یادگیری در انسان خواهد شد. سپس با الگوبرداری از روش یادگیری در انسان ، ساختاری برای کنترل هوشمند سیستمها ارائه خواهد شد. همچنین با استفاده از مفهوم همبافت و با توجه به تعریف عاملهای هوشمند ، یک ایده جدید برای کنترل سیستمهای با اهداف چندگانه پیشنهاد خواهد شد که این ایده مبتنی بر همبافت بوده و ساختار کنترلی آن ، بر مبنای روشهای یادگیری تقویتی و عاطفی می باشد. ضمن اینکه برای نشان دادن قابلیت ها و توانایی های ساختار پیشنهادی ، مثالهای متعددی برای شبیه سازی انتخاب شده و میزان عملکرد این روش مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

کنترل سیستمهای نامعین از موضوعات مهم در مهندسی کنترل به شمار می رود. روشهای طراحی سیستمهای کنترل برای سیستمهای نامعین ، نامعلوم یا متغیر با زمان را می توان به دو دسته عمده کنترل مقاوم و کنترل تطبیقی(کلاسیک یا هوشمند) تقسیم نمود. مزیت عمده سیستمهای کنترل مقاوم در ساختار ثابت ، خطی و سادگی کنترل کننده مقاوم است. حال آنکه ، کنترل کننده های تطبیقی (کلاسیک یا هوشمند)، کنترل کننده هایی غیرخطی و تغییر پذیر با زمان هستند که پیاده سازی آنها عمدتا سخت و دشوار است. از طرف دیگر ، کنترل کننده های مقاوم از طراحیهای محافظه کارانه بدست آمده و پهنای باند بالا و هزینه کنترلی بزرگ دارند و در مقابل ، کنترل کننده های تطبیقی پهنای باند پائین و هزینه کنترلی کمتری دارند. بدین جهت ، تلفیق ایده های کنترل مقاوم و تطبیقی در سالهای اخیر مورد توجه بسیار قرار گرفته است. در این پایان نامه ، کنترل کننده مقاوم ‏‎qft‎‏ با کنترل کننده تطبیقی خودنوسان ‏‎eeas‎‏ ترکیب شده تا کنترل کننده ای با حداقل هزینه و پهنای باند و ساختاری نسبتا ساده بدست دهد. از طرفی، به دلیل آنکه تلفیق روش مقاوم ‏‎qft‎‏ و روش تطبیقی ‏‎eeas‎‏ باعث پیچیده تر شدن طراحی می شود، و نیز جهت اجتناب از فرآیند دستوار طراحی کنترل کننده ، از روش هوشمند الگوریتم ژنتیک برای طراحی بهینه این کنترل کننده ترکیبی استفاده شده است.

در این پایان نامه روشی برای شناسایی و کنترل برداری موتور ‏‎pms‎‏ بیان شده است.در این روش با استفاده از یک شبکه عصبی هاپفیلد مدل برداری فضای حالت موتور تخمین زده می شود از آنجا که هدف کنترل تطبیقی موتور است یک شبکه عصبی به صورت ‏‎online‎‏ آموزش یافته و کنترل نیز به صورت ‏‎online‎‏ طراحی می شود.از آنجا که در عمل این کنترل احتیاج به پروسسور بسیار قوی دارد می توان از بازه های زمانی طولانی تر و یا لحظه ای که عملکرد موتور نامطلوب می شود، کنترل را به روز درآورد

در طول سالیان گذشته ، تلاشهای زیادی در زمینه بهره برداری از یادگیری تقویتی به عنوان ابزار هوش مصنوعی و کنترل هوشمند صورت پذیرفته است و بر اثر موفقیت تحقیقاتی کاربرد یادگیری تقویتی در سیستم های کنترلی پردازشی ، تعداد زیادی از تحقیقات انجام یافته در دو دهه گذشته یادگیری عاطفی هم در سالهای اخیر دراین نوع کاربردها به طور موفقیت آمیز بکار برده شده است. هنگام تصمیم گیری در مورد چگونگی استفاده از سیگنال های عاطفی و تقویتی در سیستم های دینامیکی توجه به این موضوع حائز اهمیت است که مطلوبیت وضعیت کنونی ( و یا عدم مطلوبیت آن) از نظر امکان موفقیت یا شکست برای سیستم فقط بستگی به آخرین تصمیم اتخاذ شده ندارد و حالت فعلی براساس تصمیمات اتخاذ شده در آخرین دوره تا چند دوره قبل از آن حاصل شده است. لذا پاداش یا تنبیه مناسب با سیگنال تقویت یا سیگنال عاطفه به نحو مناسب در این دوره ها توزیع شده است. روش یادگیری تفاوت زمانی روشی است برای تخصیص اعتبار که در کاربردهای کنترلی عاطفی و تقویتی می تواند درافزایش قوام سیستم کنترل با پویایی بالا و به ویژه در مواردی چون سیستم های غیرکمینه فاز و سیستمهای با تاخیر موثر باشد.

وجود نامعینی های گوناگون در دینامیک خودرو و ساختار سیستم تعلیق ، زمینه را برای استفاده از روشهای کنترل مقاوم در سیستمهای تعلیق فعال فراهم آورده است. از حوالی سال 1992 تاکنون موارد متعدد استفاده از روشهای کنترل مقاوم در سیستمهای تعلیق گزارش گردیده است.

دراین پایان نامه پس از معرفی تئوری ترکیب اطلاعات سنسوری ومزایای آن، به چند کاربرد نظامی آن اشاره شده است. پس از آن به بیان تفصیلی و پیاده سازی عملی ترکیب اطلاعات سنسورهای تعیین موقعیت اینرسی ‏‎(imu)ins‎‏ و ‏‎glonass,gps‎‏ ، با یک الگوریتم خاص و ارزان قیمت برای افزایش دقت تیر موشک می پردازد.

توجه به شیوه های هدایت در زندگی امروزی انکارناپذیر است. این امر در سیستمهایی همانند هواپیما، موشک، کشتی، ماهواره، رباتها و حتی جانوران و حیوانات وجود دارد. شناخت مناسب و بکارگیری صحیح قوانین هدایتی باعث افزایش کارایی سیستم و تقبل هزینه کمتر می گردد. سنسورهای بکار رفته در سیستم ها و قابلیتها و محدودیت های آنها و همچنین ساختار مکانیکی سازه، سخت افزار و نرم افزار و سرعت پاسخ دهی از جمله مواردی است که طراح قانون هدایت آنها را در نظر گرفته و اعمال می نماید. مسئله مهم در طراحی قانون هدایت سادگی بکارگیری و پیاده سازی آن می باشد. در این پایان نامه با مشکلات سرراه قوانین هدایت آشنا خواهیم شد. عموما هر یک از قوانین در شرایط و اطلاعات خاص از دیگر قوانین کارایی مطلوبتری دارند و یکی از ایده ها ترکیب قوانین و بکارگیری آنها با همدیگر است که این شیوه در همجوشی اطلاعات و شیوه های کنترلی نیز مرسوم می باشد. مسئله مهم دیگر پیشرفت تکنولوژی و مبانی تئوریک قوانین می باشد که اعمال قوانین پیچیده با محاسبات زیاد امکان پذیر گشته است. قوانین مذکور نیز مورد شبیه سازی و بررسی قرار گرفته اند و نتایج با قوانین کلاسیک مقایسه شده است. در نهایت قوانین مناسب برای موشکهای کروز برد کوتاه دریایی با توجه به قابلیت مانور اهداف دریایی پیشنهاد شده است. قوانین پیشنهادی شامل قوانین کلاسیک و قوانین ترکیبی می باشند. مسیر پروازی موشک را سه قسمت نموده و برای دو قسمت اول مسیر و فاز نهایی قانون مناسب ارائه شده است. با توجه به برد کوتاه ، فاز پرتاب و فاز میانی را با یک قانون هدایت پوشش داده و براساس خروجی سیکر(جستجوگر) دو قانون برای فاز نهایی ارائه گردیده است.