در این رساله طرّاحی کنترلگر پایدارساز هم زمان با برآورده کردن شاخص کارآیی تضعیف اغتشاش و قید مربّعی عمومی در سامانه های مقیاس وسیع تأخیری دارای اندرکنش های تأخیردار مورد بررسی قرار گرفته است. برای پوشش عدم قطعیّت بالای مدل سازی سامانه های مقیاس وسیع، یک ساختار بسیار جامع که توانایی ارائه گستره ی وسیعی از عدم قطعیّت ها و جمله های غیرخطّی مدل نشده را داراست، استفاده شده است. هم چنین، تأخیر به صورت چندگانه و متفاوت برای هر یک از اتصالات شامل تأخیرهای ثابت و متغیّربازمان در نظر گرفته شده است. به منظور تحقق پیاده سازی مطمئن، طراحی بازخورد حالت و خروجی پویا به شکل غیرشکننده انجام گردیده است. برخلاف کارهای صورت گرفته در حوزه کنترل غیرمتمرکز سامانه های مقیاس وسیع، کنترلگر بازخورد خروجی طرّاحی شده دارای مرتبه دلخواه ثابت از پیش تعیین شده می باشد و هیچ گونه محدودیّتی روی درجه کنترلگر وجود ندارد. به منظور بهره گیری از مزایای بهینه سازی کوژ، مسئله مورد نظر در قالب یک مسئله بهینه سازی کوژ بیان گردیده است و پارامترهای کنترلگر طرّاحی شده از حلّ تعدادی نابرابری های ماتریسی خطّی به سهولت به دست می آیند. سادگی طرّاحی و شرایط به دست آمده به همراه محافظه کاری بسیار کمتر روش های ارائه شده نسبت به روش های موجود از اهمّیت به سزایی برخوردار است. به منظور نشان دادن عمومیّت کاربرد و قدرتِ روش های طرّاحی صورت گرفته، مثال هایی از حوزه های مختلف مهندسی مانند پایداری سامانه شبکه تنظیم ژنی، سامانه کنترل فرکانس-بار و سامانه کنترل ازدحام شبکه های رایانه ای از سه حوزه مختلف مهندسی بررسی شده است. روش های طرّاحی کنترلگر ارائه شده به این سه مورد اعمال گردید و نتایج حاصل، اثربخشی مناسب روش های ارائه شده را نشان می دهد.

در این پایان نامه طراحی رویتگر غیرخطی در حضور اغتشاش به کمک تجزیه مجموع مربعات مدنظر می باشد اغتشاش به عنوان ورودی نامعلوم در نظر گرفته شده است. روش تجزیه مجموع مربعات با سیستماتیک کردن بررسی پایداری در سیستم های غیرخطی و استفاده از نرم افزارهای عددی، ابزاری سودمند در تحلیل و طراحی سیستم های غیرخطی محسوب می شود در این پژوهش به طراحی دو رویتگر غیرخطی با ورودی نامعلوم پرداخته شده است که با توجه به اندازه گیری های خطی یا غیرخطی نوع رویتگر متفاوت خواهد بود. طراحی های ارائه شده در قالب برنامه ریزی مجموع مربعات بیان شده است. شبیه سازی های عددی همراه با مثال ها نشان دهند? کارایی هر دو روش می باشد.

در این پژوهش ابتدا مدل خودروی تویوتا پریوس به عنوان یک خودروی سری- موازی از شبیه ساز advisor انتخاب و اطلاعات لازم در مورد خودرو و چرخه ی رانندگی از این شبیه ساز استخراج می گردد. اولین گام در طراحی یک خودرو، مدلسازی سیستم محرکه ی رانشی آن است. برای رسیدن به این هدف، ضروری است که شناخت و در نهایت مدلسازی خوبی از خودروی مذکور به دست آورد. در این پایان نامه از شبیه ساز advisor به منظور تحلیل روش ارائه شده و مقایسه با روش های دیگر و محاسبه ی هزینه های خودرو استفاده شده است. در راستای مدیریت بهتر انرژی، از یک جبرانساز فازی در کنار مجموعه دنده ی سیاره ای که وظیفه ی تقسیم توان بین منابع انرژی را بر عهده دارد، استفاده شده است. این جبرانساز در تامین کردن سرعت و گشتاور درخواستی و تقسیم بهتر توان بین منابع انرژی با توجه به شیوه ی تغییرات لحظه ای توان به مجموعه دنده ی سیاره ای کمک می کند. همچنین به منظور برآورده کردن بهتر سرعت و گشتاور تقاضا شده ی راننده، از یک جبرانساز تناسبی استفاده شده است. در انتهای کار، نتایج عملکرد این جبرانسازها روی چرخه ی استاندارد رانندگی در معابر داخل شهری (udds) و چرخه ی استاندارد رانندگی در بزرگراه (hwfet) با عملکرد سیستم اصلی مقایسه می شود. نتایج نشانگر توانایی جبرانسازهای طراحی شده در بهبود هزینه های مورد نظر می باشند.

در این پایان نامه با در نظر گرفتن یک مدل جامع شامل عوامل غیرخطی در مدل هایی جداگانه وابسته به تاخیر و همین طور مستقل از تاخیر در انتقال، کنترل گر فرکانس- بار غیرمتمرکز و توزیعی برای سامانه های قدرت چندناحیه ای مقیاس وسیع طراحی شده است. به این منظور مجموعه ای از کنترل گرهای بازخورد خروجی پویای غیرمتمرکز و توزیعی مرتبه ی ثابت مقاوم غیرشکننده و معمولی به منظور تضعیف اغتشاشات در حضور عوامل غیرخطی و عدم قطعیت های سامانه و همین طور با فرض عدم قطعیت های کنترل گر، طراحی شده است. این سامانه ها، یک عبارت انتگرالی به صورت افزونه در مدل و یا در کنترل گرهای مقاوم به صورت سری به منظور حذف خطای حالت ماندگار پاسخ را شامل هستند. همچنین در این تحقیق قیود نابرابری های ماتریسی خطی به طوری بدست آمده اند تا سطح تضعیف اغتشاش مطلوب را همزمان با پایداری سرتاسری سامانه برآورده سازند. در نهایت نتایج شبیه سازی بر روی سامانه های قدرت دو و همین طور سه ناحیه ای به منظور اعتبارسنجی روش های ارائه شده، مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است.

در این پایان نامه دو نوع کنترل گر ژنتیکی مصنوعی برای کنترل فرآیند بیان ژن ارائه شده است. بدین منظور ابتدا مدل غیرخطی فرآیند بیان ژن و رفتار ترکیبات مختلف ژن ها مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از این ترکیبات ساده، مقایسه کننده های ژنتیکی برای مقایسه غلظت دو فاکتور رونویسی طراحی شده و با استفاده از این مقایسه کننده ها دو نوع کنترل گر با بازخورد با هدف ردیابی خروجی از ورودی فرآیند بیان ژن، طراحی و تنظیم شده است. برخلاف روش های پیشین که از کنترل گرهای خارج از محیط سلول برای کنترل بیان ژن استفاده شده است، در این پژوهش کنترل گرهای طراحی شده بصورت ژنتیکی بوده و با سنتز dna در داخل سلول قرار می گیرند. نتایج شبیه سازی نشان دهنده عملکرد قابل قبول این کنترل گر ها می باشد.

اکثریت قریب به اتفاق روش های طراحی کنترلگر برای سامانه های تعلیق نیمه فعال به طراحی کنترلگر هایی با مرتبه ی بالا منجر می شوند. از معایب کنترلگر های مرتبه بالا می توان به هزینه های پیاده سازی بالا، تعمیر و نگه داری سخت، خطای زیاد، قابلیت اطمینان کم و شکنندگی بالا اشاره کرد. علاوه بر موارد فوق، به کارگیری کنترلگر های مرتبه بالا مستلزم وجود پردازنده های بسیار سریع با قدرت محاسباتی بالا می باشد و از طرفی روش های کاهش مرتبه فرآیند و یا کنترلگر همواره حفظ عملکرد حلقه بسته را تضمین نمی کنند. لذا مطلوب است تا کنترلگر مرتبه ی پایینی طراحی شود که در عین پیاده سازی راحت، عملکرد سامانه ی حلقه بسته را نیز حفظ کند. بنابراین با استفاده از روش طراحی کنترلگر مرتبه ثابت، می توان از مزایای یک کنترلگر مرتبه پایین با عملکرد مطلوب و هزینه ی کمتر بهره برد. در این میان طراحی کنترلگر برای سامانه هایی که عدم قطعیت دارند دشوارتر است. لذا مسئله چالش برانگیز طراحی کنترلگری با مرتبه ثابت و کوچک می باشد. این مسئله یک مسئله ی غیر محدب است که به چندجمله ای کامل نامعین معروف است. در این پژوهش چندین روش برای طراحی کنترلگر مرتبه ثابت برای سامانه های تعلیق نیمه فعال ارائه شده است. نتایج شبیه سازی ها بر روی یک مدل یک چهارم خودرو، از بهبود پاسخ مشخصه های عملکردی سامانه حکایت دارد.

در این پژوهش به منظور درک چگونگی رفتار سلول های بنیادی سرطان در داخل تومور، ابتدا یک مدل غیرخطی برای تعداد سلول های موجود در تومور ارائه شده طوری که در آن هم تمام حالت های ممکن برای تغییر فاز سلول های توموری در نظر گرفته شده و هم سلول های غیربنیادی تومور با فنوتیپ های چندگانه لحاظ شده اند. در ادامه مدل «تعداد» سلول های موجود در تومور به مدل «نسبت» سلول های بنیادی سرطان تبدیل شده است. سپس با استفاده از داده های آزمایشگاهی پارامترهای مدل اخیر با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی در نرم افزار matlab استخراج شده است. در پایان نشان داده شده است که مدل ارائه شده نسبت به مدل های دیگر که قبلاً در ادبیات موضوع ارائه شده اند، به نتایج واقعی نزدیک تر است.

در سال های اخیر شناسایی سیستم با روش های بهینه سازی محدب بسیار مورد توجه قرار گرفته است. با استفاده از این روش ها توانسته اند بسیاری از مسائلی که دارای داده های زیادی نیستند را به صورت قابل توجهی شناسایی کرده و مدل مناسبی را ارائه دهند. اما به این نتیجه رسدند که این روش ها در مسائل دارای اطلاعات زیاد مدل مناسبی را به ما نمی دهد. در این گونه مسائل پارامتری که بسیار نمود پیدا می کند، زمان شبیه سازی و رسیدن به جواب است، چرا که با استفاده از روش های بهینه سازی ذکر شده زمان بسیار زیادی برای رسیدن به مدل شناسایی لازم است. بنابراین الگوریتم هایی از جمله الگوریتم گرادیان تقریبی و الگوریتم های نقطه داخلی برای حل این مشکل ارائه شد که در ازای خطای شبیه سازی بیشتری مشکل زمان شبیه سازی را حل کنند. مدلی که در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته، مدل می باشد. با استفاده از الگوریتم گرادیان تقریبی و مدل مذکور اگرچه خطای این روش به نسبت روش های استفاده شده برای شناسایی سیستم های کوچک و متوسط مقیاس زیاد می باشد، اما روشی سریع برای رسیدن به مدل می باشد. در الگوریتم های نقطه داخلی با تغییراتی در الگوریتم پایه ای زمان شبیه سازی مناسبی به دست آمد. حال تنها مسئله ای که باقی می ماند این است که آیا می توان با استفاده از روشی، با حفظ زمان اندک شبیه سازی به دست آمده از الگوریتم های ارائه شده، خطا را نیز کاهش داد یا نه. با استفاده از روش ارائه شده با تغییراتی در الگوریتم نقطه داخلی، خطا باز هم کاهش یافت.

در این نوشتار جهت حل مسئله توافق جمعی در سامانه ها ی چندعاملی روشی مبتنی بر نامساوی های ماتریسی خطی ارائه شده است. هدف، طراحی کنترل گر بازخورد خروجی پویا از مرتبه ثابت است که با استفاده از خواص ماتریس لاپلاسی شبکه عامل ها، توافق جمعی را محقق سازد. در شبکه مفروض، هر عامل، تنها اطلاعات خروجی همسایه های خود را دریافت می کند و لذا از این منظر، طراحی کنترل گر، غیر متمرکز می باشد. جهت تضمین مقاوم توافق جمعی در دسته ای از سامانه های چندعاملی غیرخطی با حضور عدم قطعیت در پارامترهای کنترل گر، شروط لازم برای پوشش پویایی غیرخطی عامل ها به فرم مناسب منظور شده است تا ضرایب مجهول کنترل گر با اعمال تئوری پایداری لیاپانوف و با رویکرد استخراج شوند. همچنین با فرض شروط خاص در قضیه پایداری لیاپانوف، نابرابری حاصل به قالب نامساوی های ماتریسی خطی تبدیل می شود تا به این ترتیب از روش های تکرارشونده برای حل نامساوی های ماتریسی غیرخطی اجتناب شود. در نهایت به منظور اعتبارسنجی این روش و مشاهده عملکرد آن، سامانه های چندعاملی مختلف انتخاب و نتایج حاصل از اعمال کنترل گرهای طراحی شده با روش های مشابه پیشین، مقایسه شده است.

در این نوشتار جهت حل مسئله توافق جمعی در سامانه ها ی چندعاملی روشی مبتنی بر نامساوی های ماتریسی خطی ارائه شده است. هدف، طراحی کنترل گر بازخورد خروجی پویا از مرتبه ثابت است که با استفاده از خواص ماتریس لاپلاسی شبکه عامل ها، توافق جمعی را محقق سازد. در شبکه مفروض، هر عامل، تنها اطلاعات خروجی همسایه های خود را دریافت می کند و لذا از این منظر، طراحی کنترل گر، غیر متمرکز می باشد. جهت تضمین مقاوم توافق جمعی در دسته ای از سامانه های چندعاملی غیرخطی با حضور عدم قطعیت در پارامترهای کنترل گر، شروط لازم برای پوشش پویایی غیرخطی عامل ها به فرم مناسب منظور شده است تا ضرایب مجهول کنترل گر با اعمال تئوری پایداری لیاپانوف و با رویکرد استخراج شوند. همچنین با فرض شروط خاص در قضیه پایداری لیاپانوف، نابرابری حاصل به قالب نامساوی های ماتریسی خطی تبدیل می شود تا به این ترتیب از روش های تکرارشونده برای حل نامساوی های ماتریسی غیرخطی اجتناب شود. در نهایت به منظور اعتبارسنجی این روش و مشاهده عملکرد آن، سامانه های چندعاملی مختلف انتخاب و نتایج حاصل از اعمال کنترل گرهای طراحی شده با روش های مشابه پیشین، مقایسه شده است.

یکی از فناوری های بسیار پیشرفته امروزی، فناوری ساخت رباتهای اسکلت خارجی به منظور کمک به افراد معلول دارای مشکل ضایعه نخاعی است که در کشورهای پیشرفته به سرعت در حال گسترش است. این پژوهش به عنوان اولین گام جهت ساخت عملی ربات اسکلت خارجی در کشور، با هدف شبیه سازی و مدلسازی رباتی از نوع پایین تنه با سه درجه آزادی برای افراد دارای مشکل ضایعه نخاعی انجام شده است. برای تعیین نحوه راه رفتن انسان از نتایج مطالعات بالینی ارائه شده در مراجع معتبر استفاده گردید. همچنین شبیه سازی مدل نرم افزاری ربات سه درجه آزادی برای گام برداشتن نرمال انسان تهیه شد و اثر اضافه شدن ربات اسکلت خارجی بر روی دینامیک حرکت بررسی شد. شبیه سازی در سه مرحله انجام پذیرفت:1- تهیه مدل برای راه رفتن نرمال بر اساس میانیابی داده های آزمایشگاهی مراجع معتبر و مقایسه نتایج با داده های موجود جهت تحقیق صحت نتایج. 2- تحلیل دینامیکی حرکت یک پا با دو روش نیوتن و اولر-لاگرانژ و تهیه مدل تحلیل در محیط simulink و مقایسه نتایج با داده های ثبت شده از مطالعات بالینی. 3- انجام تغییرات حاصل از اضافه شدن ربات مورد نظر در مدل و طراحی کنترل برای مدل با استفاده از کنترلگر pd. نتایج مربوط به حرکت نرمال و حرکت با اضافه کردن ربات، با داده های موجود همخوانی قابل قبولی داشت و از این طریق از صحت نتایج شبیه سازی اطمینان حاصل شد. تحلیل دینامیکی با روش لاگرانژ و کاربرد کنترلگر pd برای مفاصل لگن و زانو، با نتایج حاصل از شبیه سازی گام نرمال در محیط simmechanic تطابق قابل قبولی داشته و همچنین با تغییر نسبت های کنترلی اندازه ی گشتاور ها و نیروهای مفاصل کاهش می یابد. نتایج این پژوهش در پیشبرد کارهای عملی پروژه ساخت ربات اسکلت خارجی قابل استفاده است.

در این پژوهش برای مسئله حرکت مشارکتی عامل ها با حفظ آرایش و دنبال کردن هدف و عدم برخورد با یکدیگر و موانع، یک کنترل کننده پیش بین ارائه شده است. هر یک از عامل ها برای نیل به اهداف فوق، ورودی کنترلی مختص خود را از حل مسئله بهینه سازی بدست می آورند. به منظور اجرای سریع و زمان واقعی، یک روش جدید برای بهینه سازی با مدارهای آنالوگ پیشنهاد شده است. به این ترتیب که یک مدار الکترونیکی به همراه ولتاژهایی که متناظر با مجهول های مسئله بهینه سازی هستند را به راه حل تندترین شیب برای حل مسئله کنترل پیش بین نسبت می دهیم. در نهایت، نتایج شبیه سازی نشان می دهد که الگوریتم ارائه شده، اهداف لازمه حرکت مشارکتی و کنترل آرایش را برآورده می سازد

سیستم خطی شده پیل سوختی غشاء تبادل پروتون و سیستم خطی شده بازساز گازی هیدروژنی از محل ورودی با یکدیگر مرتبط شده‏اند و یک سیستم واحد مرتبه 18 را شکل می‏دهند. دلایل پر هزینه بودن طراحی کنترلر بهینه مرتبه کامل برای سیستم مرتبه 18 و وسعت گستره فرکانسی مدهای سیستم به میزان 6 دهه، ایده یافتن مدل آشفته تکین را با دسته بندی مدها در دو گروه کند و سریع، در پی داشت تا بر مبنای آن طراحی کنترلر صورت گیرد. سپس سیستم آشفته تکین به دو زیر سیستم سریع و کند کاملاً مجزا از هم تفکیک گردید و دو طراحی کنترلر ساده تر و نزدیک به بهینه صورت گرفت؛ یکی طراحی کنترلر بهینه بر اساس سیستم کاهش مرتبه یافته و دیگر، طراحی کنترلر به صورت ترکیبی از دو کنترلر مرتبه پایین‏تر که هریک بر اساس یکی از دو زیر سیستم سریع و کند بدست آید؛ از روش خاص طراحی کنترل بهینه آشفته تکین. طراحی کنترل بهینه برای سیستم مرتبه کامل و نیز طراحی‏های کنترلر نزدیک به بهینه مذکور صورت گرفت و پاسخ خروجی‏ها تحت شرایط اولیه یکسان بدست آمد و با یکدیگر مقایسه گردید. پاسخ‏ها موید آنست که طراحی هر یک از دو کنترلر ساده تر، تقریبی از کنترلر بهینه مرتبه کامل است.

در این پایان نامه یک کنترل کننده پیش بین تعمیم یافته تطبیقی با رویکرد بهینه سازی محدب برای سیستم چندمتغیره ارائه شده است که باعث بهبود عملکرد سیستم شده است. سه رویکرد مختلف برای بهبود عملکرد سیستم دنبال شده است.