رویتگرها از حیث تخمین متغیرهای داخلی سیستم به ویژه متغیرهای حالت، در طراحی سیستم های کنترل جایگاه ویژه ای دارند. طراحی رویتگر حالت در سیستم های غیرخطی در مقایسه با سیستم های خطی با پیچیدگی های خاصی همراه است و این موضوع دلیلی بر ارائه طیف وسیعی از روش های طراحی در چند دهه اخیر می باشد. رویتگر شبه لیونبرگر از جمله رویتگر های کاربردی در سیستم های غیرخطی با ویژگی رویت پذیری یکنواخت است که در طراحی آن معمولاً فرض لیپشیتز بودن تابع دینامیک سیستم در نظر گرفته می شود. در این رساله یک دسته بندی کلی از روش های طراحی این رویتگر، تحت عنوان روش های مستقیم و غیرمستقیم ارائه شده و مزایا و معایب هر یک بررسی می گردد. همچنین شرط لیپشیتز تعمیم یافته بر اساس ساختار بخش غیرخطی معادلات سیستم معرفی شده و بر اساس آن یک شرط لازم و کافی در پایداری معادله خطای رویتگر شبه لیونبرگر بدست می آید. بر مبنای این دو شرط، توصیف روش های مختلف طراحی رویتگر امکان پذیر است و لذا یک چارچوب کلی در تحلیل و طراحی رویتگر شبه لیونبرگر ارائه می شود. چارچوب کلی طراحی در کاهش محدودیت های روش های طراحی موجود بکار گرفته شده است. علاوه بر این یک الگوریتم منظم در طراحی رویتگر شبه لیونبرگر ارائه می گردد که ضمن برخورداری از اغلب مزایای روش های مستقیم و غیرمستقیم، قابل استفاده در دسته وسیعی از سیستم های غیرخطی است. کاربرد این الگوریتم در طراحی رویتگرهای مرتبه کاهش یافته و رویتگرهای غیرخطی تطبیقی نیز بررسی شده است. نتایج شبیه سازی در بخش های مختلف، اهمیت کاربردی مباحث مطرح شده را نشان می دهد.

پیشرفت های اخیر در عرصه های ارتباطی، محاسباتی و اندازه گیری منجر به ظهور "شبکه های حسگری بی سیم" شده است. استفاده از تکنولوِِِژی بی سیم در شبکه های حسگری پایش، جمع آوری و نظارت بر داده های سنسوری را تا حد زیادی تسهیل کرده است. امروزه پژوهشگران، مفهوم "شبکه حسگر- عملگر بی سیم" را به حلقه های کنترلی بلادرنگ تعمیم داده اند. شبکه حسگر- عملگر بی سیم، سیستم توزیع شده ای از حسگرها و عملگرها است، که آن ها را از طریق کانال بی سیم به هم مرتبط ساخته است. درکنار مزایایی مانند کاهش هزینه سیم کشی، سهولت نصب و نگهداری، افزایش انعطاف پذیری و امکان کنترل سیستم های پراکنده از نظر جغرافیایی، این سیستم ها با یک سری چالش های جدی همچون تاخیر در ارسال داده ها، گم شدن بسته های داده و تداخل بسته ها از سوی شبکه ارتباطی رو به روست. در این پایان نامه به مدل سازی، تحلیل پایداری و طراحی کنترل کننده ی بلادرنگ برای شبکه حسگر- عملگر بی سیم می پردازیم. در گام نخست، الگوریتم ارسال در استاندارد ieee 802.15.4، به عنوان یکی از مناسب ترین استانداردها برای داشتن ارتباط بلادرنگ، بررسی می شود، و با استفاده از نتایج حاصل از آن، به مدل سازی سیستم کنترل تحت شبکه بی سیم در حضور همزمان تأخیر و گم شدن تصادفی بسته ها می پردازیم. در ادامه با ساختن یک تابع لیاپانوف-کراسوفسکی مناسب، شروط کافی پایداری مجانبی میانگین مربعات سیستم حلقه بسته مبتنی بر شبکه های بی سیم ارائه می شوند و بر اساس آن کنترل کننده فیدبک حالت پایدارساز با بهره ثابت، پیشنهاد گردیده است. برای غلبه بر تأثیرات نامطلوب ناشی از شبکه غیر ایده آل در اتصال سنسور ها و کنترل کننده، یک تخمین گر پیشنهاد شده-است، که دینامیک کلی آن به صورت یک سیستم هیبرید از نوع ضربه ای وابسته به زمان مدل می شود. سپس با کمک مدل های بدست آمده و با ساختن توابع لیاپانوف مناسب، شروط کافی بر مبنای نامساوی های ماتریسی خطی برای بررسی پایداری مجانبی میانگین مربعاتی سیستم حلقه بسته و پایداری مجانبی تخمین گر استخراج شده است. در راستای افزایش درجه آزادی برای جبران کردن محدودیت های شبکه، کنترل کننده سوییچینگی طراحی شده است، که با عوض شدن شرایط شبکه در اتصال سنسور ها و کنترل کننده، بهره کنترل کننده نیز تغییر می کند. بدین منظور شروط کافی برای بررسی پایداری مجانبی میانگین مربعات سیستم سوییچینگ مبتنی بر شبکه های حسگر-عملگر بی سیم پیشنهاد شده است.

همراه شدن مبحث کاهش مرتبه با مسیله طراحی سیستم های چندمتغیره، پیچیدگی خاصی را بر این مسیله تحمیل می کند. حوزه زمان بر اساس دوگانی فیدبک حالت و رویتگر حالت، روش مناسبی را در طراحی این سیستم ها ارایه کرده است. با توجه به یکسان بودن مرتبه کنترل کننده حوزه زمان و سیستم حلقه باز، مبحث کاهش مرتبه کنترل کننده در این حوزه اهمیت زیادی خواهد داشت. با استفاده از رویتگر حالت مرتبه کاهش یافته می توان مرتبه کنترل کننده را به تعداد خروجی سیستم کاهش داد. بر این اساس و با توجه به مباحث دوگان حوزه زمان، امکان کاهش مرتبه کنترل کننده بر اساس ورودی های سیستم نیز مورد توجه قرار می گیرد. در حقیقت، بر اساس رابطه دوگان بین فیدبک حالت و رویتگر حالت، در این وضعیت می توان مرتبه فیدبک حالت را در طراحی کنترل کننده حوزه زمان کاهش داد. هدف این پروژه، بررسی چنین موضوعی است که در نهایت به تعریف فیدبک حالت مرتبه کاهش یافته منتهی می گردد. با مروری بر دیدگاه های مرتبط با این موضوع، اهمیت تعریف ارایه شده از دو جهت مورد بررسی قرار می گیرد. از یک سو بر اساس این تعریف، اهداف طراحی در سیستم های چندورودی با بکارگیری تعداد کمتری از متغیرهای حالت محقق می گردد و در نتیجه هزینه طراحی سیستم کنترل کاهش می یابد. از سوی دیگر در طراحی بخش رویتگر حالت، می توان با تخمین تعداد کمتری از متغیرهای حالت سیستم، مرتبه کنترل کننده حوزه زمان را کاهش داد. در طراحی کنترل کننده جایابی قطب، مبحث کاهش مرتبه کنترل کننده قدمت زیادی داشته و لذا این کنترل کننده زمینه مناسبی را در مباحث طراحی پروژه ایجاد می کند. از این جهت پس از بررسی تاریخچه و برخی از مهمترین روش های طراحی این کنترل کننده، بحث کاهش مرتبه در مورد آن با استفاده از ورودی های سیستم دنبال می شود. سپس با ارایه تعریف فیدبک حالت مرتبه کاهشیافته، نقش این ساختار در بحث کاهش مرتبه کنترل کننده جایابی قطب بر اساس تعداد ورودی های سیستم بررسی می گردد. در نهایت نیز دو الگوریتم دوگان در طراحی این کنترل کننده بر اساس ورودی ها و خروجی های سیستم به ترتیب با استفاده از تعاریف فیدبک حالت مرتبه کاهش یافته و رویتگر حالت مرتبه کاهش یافته ارایه می شود.

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