وسایل کنترلی که امروزه برای بهبود عملکرد فرآیند های صنعتی به کار می روند دارای پیچیدگی-های زیادی می باشند، این پیچیدگی ها هم شامل روش های مشکل طراحی دیجیتال هستند و هم پیچیدگی های سخت افزاری(حسگر های ورودی و خروجی،عملگرها و اجزاء و واحد پردازش) را شامل می گردند. این پیچیدگی احتمال بروز خرابی در سیستم را بسیار افزایش می دهد. در نتیجه سیستم های کنترلی بایستی دارای نظارت اتوماتیک بر عملکرد سیستم حلقه بسته به منظور آشکارسازی سریع و ایزولاسیون عیب باشند. این نوشتار به بررسی آشکارسازی عیب با استفاده از سیستم های فازی نوع دو بازه ای می پردازد. سیستم های فازی نوع دو بر اساس مجموعه های فازی نوع دو می باشند. در این مجموعه ها درجه تعلق نیز خود مجموعه ای فازی است، در نتیجه دارای انعطاف پذیری بالاتر و قابلیت عملکرد بیشتری نسبت به سیستم های فازی نوع یک هستند. در ابتدا سیستم های فازی بازه ای نوع یک برای برای آشکارسازی عیب در دو سیستم به کار گرفته شدند. این سیستم ها، دینامیک ساده ی خودرو و سیستم تعلیق فعال خودرو می باشند. از یک کنترل کننده مشهور برای شبیه سازی پاسخ دینامیکی سیستم تعلیق فعال استفاده گردید. سپس با استفاده از سیستم فازی بازه ای نوع یک، محدوده اطمینانی برای داده های ورودی - خروجی بدست آمد. سپس آشکارسازی عیب با استفاده از بازه ی اطمینان بدست آمده انجام گردید. نتایج شبیه سازی نشان داد که این روش می تواند، ابزار مناسبی برای ارزیابی عملکرد دینامیک ساده ی خودرو و سیستم تعلیق فعال خودرو باشد. پس از آن آشکارسازی عیب با استفاده از روش جدیدی بر اساس سیستم های فازی نوع دو بازه ای برای دو سیستم، تعلیق فعال خودرو و سیستم دو- مخزن بکار گرفته شد. برای رسیدن به این هدف در ابتدا هر دو سیستم با استفاده از سیستم فازی بازه ای نوع دو مدل شدند. با استفاده از مدل بدست آمده سیگنال مانده تولید شد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که سیستم های فازی نوع دو در مقایسه با سیستم های فازی نوع یک ابزار موثرتری برای آشکار سازی سریع عیب می-باشند و در نهایت جبران عیب برای سیستم تعلیق فعال خودرو با اسفاده از سیستم فازی نوع یک و دو انجام گردید.

در این رساله، مسأله کنترل آشوب در سیستم های تاخیری مرتبه یک بررسی می گردد. روش کنترلی مورد استفاده، کنترل فازی- تطبیقی مد لغزشی است که در کنترل سیستم های غیر خطی و در مواردی آشوبناک به عنوان یک روش کنترلی مطلوب بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. در واقع روش کنترلی مورد نظر تلفیقی از مزایای کنترل کننده های تطبیقی، فازی و مد لغزشی را در بر دارد. هدف از کنترل آشوب در سیستم های آشوبناک، پایدار کردن نقاط تعادل سیستم تحت کنترل یا پایدار کردن پاسخ های متناوب جانشانی شده در جاذب آشوبناک آن می باشد. برای رسیدن به دو هدف فوق با استفاده از روش کنترلی مورد نظر، ابتدا با توجه به تئوری کنترل مد لغزشی، سطح لغزش تعریف می گردد و به عنوان ورودی سیستم کنترل در نظر گرفته می شود. پارامترهای کنترل-کننده فازی با استفاده از یک قانون بروز رسانی، برای برقراری شرط لغزش در تئوری کنترل مد لغزشی بروز می شوند و خروجی کنترل کننده مذکور به عنوان سیگنال کنترلی به سیستم تحت کنترل اعمال می گردد. برای پایدار کردن پاسخ های متناوب از کنترل فاری- تطبیقی مد لغزشی و سیگنال کنترل متناوب شده و روش همزمان سازی ، استفاده می گردد. در ادامه مقاوم بودن کنترل-کننده ی طراحی شده نسبت به نویز، عیب و عدم قطعیت، بررسی می شود. در نهایت کارایی روش مورد نظر برای همزمان سازی سیستم های آشوبناک تاخیری که یکی از روش های کنترلی معمول است، نشان داده می شود.

در پروژه حاضر، مساله کنترل پیش بین بر مبنای مدل های چندگانه با ترکیب و کلیدزنی بر روی سیستم برج تقطیر مدنظر است. کلیدزنی به این مفهوم است که در هر لحظه از زمان، فرآیند توسط یک مدل خطی توصیف می شود. هدف در اینجا انتخاب کنترلگری است که مناسب ترین رفتار را با توجه به رفتار سیستم در آن لحظه داشته باشد. همچنین در این پایان نامه از سنسورهای نرم جهت تخمین غلطت با استفاده از اطلاعات دما استفاده شده است. در طراحی سنسور نرم از روش های پردازش اطلاعات از قبیلpls, nn ,anfis استفاده می گردد ضمنا جهت انتخاب مولفه ها از روش pca بهره جستیم.

در دهه گذشته سیستم های حمل ونقل شناور مغناطیسی (مگلو) به عنوان یک سیستم جدید با عملکرد بالا مطالعات زیادی را به خود مشغول کرده است. بعلت اینکه سیستم حمل ونقل شناور مغناطیسی دارای رفتار شدیدا غیر خطی می باشد، طراحی کنترلر برای آن مساله مهمی است. همچنین در سیستمهای مهندسی عدم قطعیت و تاخیر زمانی دو مساله مهم بشمار می روند که می بایست در طراحی سامانه کنترلی آنها را مد نظر قرار داد. عدم قطعیت ها معمولا به علت خطاهای مدل کردن، نویزهای اندازه گیری، خطی سازی و تقریب زدن بوجود می آیند. همچنین تاخیرات زمانی از مشکلترین مسائل کنترلی می باشد که در فرایند کنترل با آن مواجه می شویم. در کاربردهای عملی تاخیر زمانی در حلقه های کنترلی افزایش می یابد و بر روی عملکرد سیستم حلقه بسته تاثیر می گذارد و در برخی موارد سبب ناپایداری کل سیستم می شود. بنابراین طراحی کنترلر و تحلیل پایداری برای سیستمهای تاخیردار در حضور اغتشاشات خارجی هم در تئوری و هم در عمل بسیار مهم می باشد. در این پایان نامه در ابتدا با بهره گیری از معادلات دینامیکی مدل نسبتا دقیقی برای مگلو ارائه شده که در آن سیستم بالا روندگی و جلوبرندگی بصورت تواما در نظر گرفته شده اند. در مدل بدست آمده اغتشاشات خارجی و تاخیر زمانی نیز به عنوان دو عامل ناپایدار کننده در نظر گرفته شده است. سپس طراحی کنترل کننده برای سیستم مگلو انجام گرفته و روش ارائه شده کنترل تطبیقی مقاوم می باشد که در آن قوانین تطبیق از روش طراحی لیاپانوف - کراسوفسکی استخراج می شوند. هدف طراحی کنترل کننده بگونه ای می باشد که متغیرهای حالت سیستم متغیرهای حالت مطلوب را بصورت مجانبی ردیابی کنند. در انتها نیز کارائی کنترل کننده معرفی شده را با استفاده از نرم افزار متلب مورد بررسی قرار گرفته است.

سیستم هایی با معادلات نیوتنی کوپل شده آفاین ، امروزه در بسیاری از سیستم های کنترلی کاربرد دارند و تلاش برای کنترل این سیستم ها با هزینه کمتر، به عنوان یکی از مسائل کنترلی سیستم های معیار در جهان به شمار می رود. از آنجاییکه با اضافه شدن سیگنالهای کنترل کننده، پیچیدگی و هزینه های تمام شده سیستمها نیز بالا می رود، سعی می شود که حتی المقدور با سیگنال کنترلی کمتری، سیستم هدایت شود. بسیاری از سیستم های مورد بررسی روز دنیا، به چند زیر سیستم تبدیل می شوند که در همگی یک سیگنال کنترلی برای کنترل وجود دارد. از نمونه های پرکاربرد این سیستم ها، می توان به سیستم های جرثقیل سقفی ، پاندول معکوس و نوسانگر انتقالی حالت و …. اشاره نمود. در این پایان نامه یک روش پیشنهادی جامع برای کنترل این سیستمها در حضور عدم قطعیت پارامتری و اغتشاش خارجی ارائه می گردد. برای مقابله با عدم قطعیت پارامتری در روش پیشنهادی سعی در تخمین پارامترهای نا شناخته مدل بوده و از یک روش مقاوم تطبیقی برای مقابله با اغتشاش های خارجی استفاده می گردد. تخمین پارامتر توسط مجموع مربعات بازگشتی و رگولاتور خودتنظیم صورت می گیرد که در صورت ازدیاد داده های محاسباتی نیز مشکلی به وجود نمی آید. سپس از این پارامترها در طراحی کنترل کننده مد لغزشی جدا شده استفاده می شود. در این راستا به صورت تطبیقی از کنترل فازی در طراحی کنترل کننده مد لغزشی جدا شده استفاده می شود. برای افزایش قوام کنترل مد لغزشی از یک ساختار مقاوم تطبیقی استفاده شده است که نه تنها عملکرد خوبی در برابر اغتشاش های خارجی دارد بلکه پدیده مدل وزوز را به شدت کاهش می دهد. نتایج شبیه سازی کارایی موثر کنترل کننده پیشنهادی را در حضور عدم قطعیت های پارامتری و خارجی نشان می دهد.

سیستم پاندول معکوس در کنترل خطی و غیرخطی به عنوان سیستم مکانیکی زیر فعال بسیار مورد توجه است. سیستم پاندول معکوس به علت کمتر بودن تعداد محرک ها نسبت به خروجی های سیستم، سیستم کنترل زیر فعال است که خود محدودیت های زیادی را برای آنچه که از طریق کنترل کننده می توان بدست آورد، ایجاد می کند. زیر فعال بودن سیستم یکی از چالش های مهم کنترلی در سیستم پاندول معکوس می باشد، زیرا تنها با یک ورودی باید دو متغیر کنترل شود. تشخیص و ایزوله کردن خطا و کنترل تحمل پذیرخطا برای افزایش ایمنی و قابلیت اطمینان در سیستم های دینامیکی از موضوعات بسیار مورد توجه در سالهای اخیر است. کنترل تحمل پذیر خطا با اهداف طراحی کنترل کننده ها با قابلیت پایدارسازی و ایجاد عملکرد مناسب در حضور رخ دادن خطا در سیستم صورت می پذیرد. در این پایان نامه، کنترل تحمل پذیر خطا مبتنی بر روشهای ترکیبی فازی بازگشت به عقب و ضد کنترل آشوب، برای پایدارسازی سیستم پاندول معکوس در نقطه تعادل قائم طراحی می گردد. سیستم پاندول معکوس در معرض خطای عملگر و سنسور قرار دارد. با توجه به ویژگی های ذاتی و جالب در سیستم های آشوب نظیر حساسیت به شرایط اولیه، رفتار شبه تصادفی، ناپایداری محلی و پایداری کلی می تواند در سیستم های دینامیکی مفید باشد. برای بهره گیری از این خواص، روش های بسیار متنوعی برای آشوبناک نمودن سیستم های دینامیکی متفاوت، معرفی شده اند که در این پایان نامه، رفتارهای دینامیکی یک ژیروسکوپ متقارن با سه درجه آزادی که با سیستم غیرخطی پاندول معکوس همزمان سازی می شود و با رویکردی مکاترونیکی و نوین، آشوب ناک نمودن سیستم های مکانیکی مانند پاندول معکوس و استفاده از خواص آشوب در کنترل تحمل پذیر خطا مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

در این پایان نامه، کنترل سیستم جرثقیل معلق به روش lqr توزیع شده موازی بررسی می گردد که در این روش کنترلی از مدل فازی تاکاگی-سوگنو و کنترل کننده بهینه استفاده می شود. هدف از طراحی، کنترل موقعیت و زاویه تاب بار با استفاده از کنترل کننده lqr فازی توزیع شده موازی است. با به کار بردن مدل فازی تاکاگی-سوگنو ، سیستم های غیرخطی توسط ترکیب چند زیرسیستم خطی در فضای افراز شده فازی تقریب زده می شوند. از آنجا که زیرسیستم های خطی به صورت فازی ترکیب شده اند، مدل فازی t-s یک مدل غیرخطی است که می تواند مشخصات غیرخطی سیستم غیرخطی پیچیده را حفظ کند. با استفاده از جبران سازی توزیع شده موازی می توان برای مدل فازی t-s موجود کنترل کننده فازی طراحی کرد. برای طراحی کنترل کننده lqr فازی توزیع شده موازی، با توجه به مدل t-s بدست آمده، برای هر زیر سیستم خطی کنترل کننده lqr طراحی می شود. طراحی کنترل کننده و بررسی پایداری سیستم کنترلی با مسئله lmi انجام می شود. در ادامه مقاوم بودن کنترل کننده طراحی شده نسبت به نویز، اغتشاش و خطا بررسی می شود.

پیل های سوختی به عنوان تأمین کننده های قدرت جدید، جایگاه ویژه ای در صنعت برق پیدا کرده اند. قابلیت هایی چون بهره برداری آسان، قابلیت اطمینان بالا، امکان حمل و نقل، آلودگی کم و راندمان بالا توجه روز افزونی را نسبت به این منابع ارزشمند انرژی باعث شده است. مبدل های الکترونیک قدرت نقش عمده ای در تبدیل توان dc/dc تولید شده توسط سلول های سوختی که عمدتاً دارای تغییرات وسیعی نیز می باشند، ایفا می کنند. در این پایان نامه، مدل فضای حالتی از یک پیل سوختی و یک مبدل dc/dc از نوع افزاینده ارائه شده و سپس برای کنترل ولتاژ خروجی این سیستم ترکیبی، کنترل کننده ی تطبیقی مدل مرجع طراحی شده است. نتایج به دست آمده از کنترل کننده ی پیشنهادی با نتایج کنترل کننده ی pid کلاسیک مقایسه شده و توانایی کنترل کننده ی پیشنهادی از نظر دقت در مقایسه با کنترل کننده ی pid نشان داده شده است. همچنین از کنترل کننده ی تطبیقی مدل مرجع برای حفظ ولتاژ خروجی، در حضور نویز استفاده شده و نتایج شبیه سازی برای اثبات توانایی این کنترل کننده ارائه شده است.

هدف از این پایان نامه طراحی کنترل کننده های مناسب جهت ردیابی مسیر مطلوب در سیستم روبات متحرک با دیدگاه ترکیب ی از کنتر ل کلاسیک و هوشمن د میباشد . کنترل کننده ها ی مورد بحث در این پایان نامه عبارتند از : فیدبک خطی سازی ورودی- خروجی، شبکه عصبی- فیدبک خطی سازی، شبکه عصبی- فیدبک خطی سازی به همراه شناساگر و آموزش خطای پسخور. روشهای کنترلی مذکور میتوانند برای هر سیستم غیرخطی مورد استفاده قرار گیرند و سعی شده است تا حد امکا ن مفاهیم روشهای کنترلی طوری بیان شوند که بتوان به راحتی برای هر سیستم دیگری معادلات را بازنویسی نمود. همزمانسازی یک سیستم مکانیکی با یک سیستم آشوبگونه و استفاده از خصوصیات آشوب از جمله نوآوریهای این پایان نامه میباشد . بدین ترتیب که معادلات خطای سیستم با یک سیستم آشوبگونه همزمان میشود، در واقع با استفاده از آشوب، تلاش کنترلی بر این اساس است که سیگنال خطا به جای همواره صفر بودن، با یک سیستم آشوبگونه همزمان میشود و این باعث کاهش هزینه کنترلی خواهد بود زیرا همواره صفر بودن سیگنال خطا بسیار سختگیرانه است. مطلوب کنترلی برای سیستم خطا میتواند صفر مطلق، آغشته به نویز یا آشوب باشد که این سیگنالهای نویز و آشوب خود تحریک کنندهای برای کنترل کننده و یا همزمانساز هستند. در اینجا قابل ذکر است که نویز یک پدیده تصادفی مطلق و صفر ثابت است، در حالیکه آشوب از لحاظ رفتاری در طیف بین این دو قرار دارد و نشان داده خواهد شد که آشوب در کاهش انرژی تاثیر بیشتری دارد. همزمانسازی خطا با یک سیستم آشوبگونه یا به عبارتی ضد کنترل آشوب سبب میشود تا این خطا همواره در یک دامنه کراندار قرار بگیرد و به علت حضور ضریب کوچک کننده برای سیستم آشوب، این دامنه بسیار کوچک است. د ر این پایاننامه به جهت مکانیکی بودن سیستم روبات متحرک، از سیستم مکانیکی آشوبگونه ژیروسکوپ برای همزمانسازی، استفاده میشود.

امروزه مدارات انتقال قدرت لکوموتیوهای دیزل- الکتریک، با استفاده از مبدل های ac/dc و dc/ac چندین مرحله کنترل و بهینه سازی توان را همزمان انجام می دهند. در لوکوموتیو er24pc نیز جهت نظارت بر عملکرد مدار انتقال قدرت نمونه گیری های مختلفی اعم از جریان، ولتاژ و دمای سیستم انتقال قدرت به عمل می آید. همچنین در هرلحظه امکان بروز یک یا چند خطا در سیستم انتقال قدرت وجود دارد. از آنجا که در زمینه تعیین و تشخیص خطای فرآیندها در سال های اخیر استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی بسیار مورد توجه قرار گرفته است، در این پایان نامه پس از بررسی آماری خطاهایی که در این مدار اتفاق می افتد، به کمک روش آنالیز اجزای اصلی به پیش پردازش سیگنال های فوق پرداخته و با استفاده از شبکه های عصبی خطاهای مهم، تشخیص داده شده و به منظور بهبود نتایج، ساختارهای موازی و سلسله مراتبی متشکل از شبکه های عصبی به طور جداگانه و نیز ساختار موازی ترکیبی شبکه های عصبی، بررسی گردیده و نشان داده شد که ساختار موازی ترکیبی متشکل از شبکه های عصبی پرسپترون و شبکه های تعمیمی رگرسیونی، بهترین پاسخ را در زمینه ی تشخیص خطا ارائه می دهد.

پایان نامه حاضر به شناسایی و کنترل یک مدل سیمولاتوری از توربین گازی اختصاص دارد. بدین منظور روش های خطی و غیرخطی در شناسایی سیستم ها، و نیز کنترل کننده فازی و الگوریتم های بهینه سازی مورد استفاده قرار گرفته اند. در طراحی یک سیستم کنترل به طور معمول لازم است که ابتدا بیان ریاضی منطقی مناسبی از خروجی تحت کنترل به دست آورد، لذا برای شناخت هرچه بیشتر این سیستم از 9 روش شناسایی خطی و غیرخطی استفاده شده است که معیارهای سنجش mse و fitness شرایط مقایسه روش های به کار گرفته شده و انتخاب کارآمدترین روش را مهیا می کند. از طرف دیگر، برای شناسایی ورودی های موثر، از 2 روش تحلیل فیزیکی و استفاده از تابع همبستگی استفاده شده است. سعی شده است مفاهیم روش های شناسایی طوری شرح داده شوند تا خواننده بتواند به راحتی برای هر سیستم دیگری معادلات را بازنویسی نماید. با توجه به عدم تمرکز پژوهشگران برروی بهسازی سیستم گاورنر این سیمولاتور توربین گازی، از یک کنترل کننده ساده استفاده شده است، لذا پیاده سازی یک کنترل کننده پیشرفته تر در بهبود عملکرد گاورنر این توربین کمک شایان توجهی می کند. این توربین از یک سرعت اولیه شروع به کار می کند و پس از طی زمان مشخص و رسیدن به حد ثانویه سرعت، گاورنر فعال می شود، از آنجاییکه کنترل کننده های فازی در موارد شرطی عملکرد قابل قبولی دارند، استفاده از این کنترل کننده ها در مقابل کنترل کننده های کلاسیک در این پایان نامه به کار گرفته شده است. همچنین استفاده از الگوریتم های مبتنی بر جستجوی تصادفی مانند الگوریتم بهینه سازی ذرات(pso) و الگوریتم انتخاب تکثیری (clonalg) ، برای ارزیابی بهتر و مقایسه با یکدیگر، گامی در جهت پیشبرد هرچه بهتر بهینه سازی این سیستم است.

سیستم هایی با معادلات نیوتنی کوپل شده آفاین ، امروزه در بسیاری از سیستم های کنترلی کاربرد دارند و تلاش برای کنترل این سیستم ها با هزینه کمتر، به عنوان یکی از مسائل کنترلی سیستم های معیار در جهان به شمار می رود. از آنجاییکه با اضافه شدن سیگنالهای کنترل کننده، پیچیدگی و هزینه های تمام شده سیستمها نیز بالا می رود، سعی می شود که حتی المقدور با سیگنال کنترلی کمتری، سیستم هدایت شود. بسیاری از سیستم های مورد بررسی روز دنیا، به چند زیر سیستم تبدیل می شوند که در همگی یک سیگنال کنترلی برای کنترل وجود دارد. از نمونه های پرکاربرد این سیستم ها، می توان به سیستم های جرثقیل سقفی ، پاندول معکوس و نوسانگر انتقالی حالت و …. اشاره نمود. در این پایان نامه یک روش پیشنهادی جامع برای کنترل این سیستمها در حضور عدم قطعیت پارامتری و اغتشاش خارجی ارائه می گردد. برای مقابله با عدم قطعیت پارامتری در روش پیشنهادی سعی در تخمین پارامترهای نا شناخته مدل بوده و از یک روش مقاوم تطبیقی برای مقابله با اغتشاش های خارجی استفاده می گردد. تخمین پارامتر توسط مجموع مربعات بازگشتی و رگولاتور خودتنظیم صورت می گیرد که در صورت ازدیاد داده های محاسباتی نیز مشکلی به وجود نمی آید. سپس از این پارامترها در طراحی کنترل کننده مد لغزشی جدا شده استفاده می شود. در این راستا به صورت تطبیقی از کنترل فازی در طراحی کنترل کننده مد لغزشی جدا شده استفاده می شود. برای افزایش قوام کنترل مد لغزشی از یک ساختار مقاوم تطبیقی استفاده شده است که نه تنها عملکرد خوبی در برابر اغتشاش های خارجی دارد بلکه پدیده مدل وزوز را به شدت کاهش می دهد. نتایج شبیه سازی کارایی موثر کنترل کننده پیشنهادی را در حضور عدم قطعیت های پارامتری و خارجی نشان می دهد.