مشکل اصلی طراحی کنترل کننده برای یک سیستم چند متغیره، مربوط به وابستگی هر کدام از خروجیها به ورودیهای مختلف است . این مشکل در سیستمهای چند متغیره را مسئله تداخل می نامند. در واقع می توان مسئله تداخل را اساسی ترین مسئله طراحی سیستمهای کنترل چند متغیره دانست . به همین دلیل در تئوری سیستمهای چند متغیره توجه بسیاری به نامتداخل سازی و طراحی سیستمهای بدون تداخل شده است . برخی از روشهای کنترل مبتنی بر کاهش این تداخلها و طراحی کنترل کننده بصورت تک متغیره است . هدف از این رساله مروری بر روشهای مختلف نامتداخل سازی در سیستمهای چند متغیره است . این روشها به دو دسته کلی یعنی روشهای نامتداخل سازی دقیق و روشهای نامتداخل سازی تقریبی تقسیم شده اند. در روشهای نامتداخل سازی دقیق، روشهای فیدبک حالت تنها، فیدبک حلت در ترکیب با پیش جبران کننده دینامیکی، فیدبک خروجی و استفاده از حل مساله تطبیق مدل، بررسی شده است . در روشهای نامتداخل سازی تقریبی نیز روشهای سعی و خطا و شبه قطری بررسی شده اند. همچنین دو روش طراحی کنترل کننده ها، یعنی روش آرایه های نایکوئیست مستقیم و روش آرایه های نایکوئیست معکوس که بر اساس مفهوم نامتداخل سازی تقریبی بنا شده اند، مورد بررسی قرار گرفته اند.

یکی از مهمترین وسایل مورد نیاز در صنایع دریایی بخصوص صنعت نفت ، وسایل نقلیه زیرآبی کنترل از راه دور می باشد که استفاده از آنها در سالهای اخیر رشد چشمگیری داشته است . بدیهی است کارایی این وسایل نقلیه به عملکرد مناسب سیستم کنترل حرکت و ابزارهای دقیق استفاده شده در آنها باز می گردد. غیرخطی بودن و اثر متقابل معادلات حرکت در جهات مختلف و وجود پارامترهای نامعین در آنها و اغتشاش های وارد بر سیستم از طرف محیط اطراف ، مشکلاتی است که در مسیر طراحی سیستم کنترل برای رباتهای زیرآبی وجود دارد. در این رساله به روش قدرتمند فیدبک کمی یک سیستم کنترل حرکت در جهتهای جلو، عمق و سمت برای این وسایل نقلیه طراحی شده و آرایشی نیز جهت حسگرهای مورد نیاز در کنترل حرکت و تعیین موقعیت پیشنهاد شده است . ابتدا معادلات حرکت ربات در شش درجه آزادی که غیرخطی، چند متغیره و نامعین می باشند استخراج شده و در جهات حرکتی مورد نظر ساده سازی می شوند تا به صورت معادلات غیرخطی سه متغیره و نامعین ساده تر تبدیل شوند. در این مرحله به کمک قضیه نقطه ثابت و برخی قضایای دیگر که در متن رساله اشاره شده است ، سه سیستم تک متغیره خطی معادل با سیستم غیرخطی سه متغیره بدست می آیند که اثرات متقابل معادلات و همچنین وجود ترم های غیرخطی، با اعمال نامعینی اضافی در سیستم معادل خطی مدل شده اند. از این مرحله به بعد طراحی براساس سیستم معادل خطی انجام می شود. در پایان حسگرها و ابزارهای دقیق مورد استفاده در رباتهای زیرآبی و روشهای تعیین موقعیت آنها در دستگاه مختصات بدنی و کلی بررسی شده و با توجه به مشخصات عملکردی ربات مورد بحث ، آرایش مناسبی برای حسگرها و سیستم تعیین موقعیت آن پیشنهاد می شود.

کنترل کننده های مقاوم در سیستمهای دارای نامعینی بهتر از کنترل کننده های غیرمقاوم عمل می نمایند. طراحی این کنترل کننده ها براساس روشهایی مبتنی بر مدل تابع انتقال سیستم، مانند روش qft و هم براساس روشهای مبتنی بر مدل فضای حالت سیستم مانند روش lqg/ltr انجام پذیرفته است . با وجود مزایای فراوان استفاده از این روشهای کنترل، مسائلی در هنگام طراحی با این روشها وجود دارد. از جمله در روش qft وجود صفرهای موهومی که با نامعینی های سیستم تغییر می نمایند مشکلاتی را در ترسیم باندها در محدوده صفرهای موهومی سیستم ایجاد می نماید. در این پایان نامه روش جدیدی برای ترسیم باندها در محدوده فرکانسی صفرهای سیستم های نامعین در طراحی با روش qft هنگامی که صفرهای سیستم روی محور موهومی قرار دارند و با نامعینی های سیستم تغییر می نماید ارایه می نماییم. در این روش با استفاده از اطلاعات خارج از محدوده نامعینی هایی که باعث فعال شدن صفرهای موهومی سیستم می گردد به طراحی کنترل کننده می پردازیم. برای سیستمهایی که ماتریس معکوس معادلات حالت آنها موجود نباشد، امکان تطبیق در فرکانسهای بالا و پائئین وجود ندارد و این یکی از مسائل در طراحی با روش lqg/ltr است . این مشکل برای نمونه در سیستم های نوع یک که برای حذف اختلال درونی سیستم احتیاج به انتگرال گیر دارند وجود دارد. برای رفع این مشکل و مقاوم نمودن این سیستمها در اثر اضافه نمودن انتگرال گیر روشی در این پایان نامه ارائه نموده ایم. در این روش ابتدا برای این نوع سیستمها به وسیله روش lqg/ltr برای تطبیق در فرکانس بالا یا پائین کنترل کننده ای طراحی می شود. سپس با اضافه نمودن انتگرال گیر سیستم جدید را به نحوی مقاوم می نمائیم که مشخصات سیستم lqg/ltr تغییر ننماید. در سیستمهای گردشی مانند کلاف پیچها در صنایع فولاد، بلندبودن طول شافت بین موتور و بار باعث پایین آمدن فرکانس های طبیعی سیستم می شود. عدم تحریک این فرکانس ها و نقش کنترل کننده بسیار حائز اهمیت است . وجود صفر موهومی، قطب موهومی، اختلال بار درونی در مدل سیستم دو جرمی و نامعینی موجود در سیستم طراحی را با هر دو روش qft و lqg/qft با مشکل مواجه می نماید. در این پایان نامه روشهایی جهت طراحی کنترل کننده برای غلبه براین مشکلات ارائه شده است .