سیستم های تله اپراتوری به منظور افزایش توانایی های انسان و به منظور انجام کار ها در محیط های دور طراحی شده اند. از جمله کاربرد این سیستم ها می توان به جراحی از راه دور، شبیه ساز های پزشکی، کاوش های مختلف فضائی، زیر دریایی ها و نیروگاه های اتمی اشاره کرد. تعامل مناسب معیار های پایداری و عملکرد در سیستم های تله اپراتوری همواره از اهمیت بالایی برخوردار بوده است. یکی از مسائل مورد نظر در خصوص به کار گیری این سیستم ها، طراحی کنترل کننده های مناسب جهت تأمین پایداری و بهبود عملکرد آن ها می باشد. کنترل کننده های طراحی شده برای این سیستم ها، عمدتا جهت تأمین معیار های پایداری و عملکرد می باشند. اغلب این کنترل کننده ها، بر اساس نظریه ی پسیویتی بنا شده اند که مشکل عمده ی آن ها، فرض دینامیک های نا محدود برای این نوع سیستم هاست که غیر واقع بینانه می باشد چرا که امپدانس محیط در کاربرد های رباتیکی بسته به نوع کاربرد دارای کران های محدودی می باشد. از این رو، از دیدگاه کنترلی، در طراحی این سیستم ها بایستی به برقراری معیار های ذکر شده توجه نمود. اهداف اصلی این پایان نامه، معرفی سیستم های تله اپراتوری و بررسی روش جدید تحلیل پایداری و توسعه ی روش های کنترلی به منظور بهبود تعامل میان معیار های پایداری و عملکرد در این سیستم ها می باشد. به همین دلیل، در این پایان نامه، روش جدید پایداری مقاوم مبتنی بر پسیویتی تحت عنوان روش متغیر های موجی با در نظر گرفتن اثر امپدانس محیط در سیستم های تله اپراتوری مورد بررسی قرار گرفته است. هم چنین، نظریه ی پایداری مطلق با امپدانس کراندار به منظور برقراری شرایط مناسب تر بین پایداری و عملکرد سیستم های تله اپراتوری مطرح شده است. با استفاده از روش متغیر های موجی در فراهم کردن کران هایی از دینامیک عملگر انسانی، شرایطی برای توسعه ی ناحیه ی پایداری این سیستم ها آورده شده است. هم چنین، به دلیل وجود تأخیر زمانی در کانال ارتباطی بین محیط و عملگر سیستم های تله اپراتوری، با روش طراحی کنترل کننده ی مقاوم به منظور برقراری تعامل بهتر بین معیار پایداری و عملکرد سیستم های تله اپراتوری در حضور تأخیر زمانی آشنا خواهیم شد و در انتها با ارائه ی شبیه سازی، نتایج روش مطرح شده مورد نقد و بررسی قرار داده خواهد شد.

سیستم های تله اپراتوری توانایی بشر برای انجام کار از راه دور را بهبود بخشیده اند. یکی از کاربردهای نوظهور این سیستم ها، سیستم های تله اپراتوری دو?کاربر یا سیستم های شبیه ساز لمسی می باشد. در این سیستم ها دو اپراتور با همکاری یکدیگر، کاری را در یک محیط واقعی یا مجازی مشترک انجام می دهند. برای نمونه می توان از هدایت لمسی انسان در بخش درمان و توان بخشی و یا آموزش جراحی پزشکی به عنوان بخشی از کاربردهای این سیستم ها نام برد. در این سیستم های تعامل محور، تصمیم گیری و نحوه ی عملکرد یک اپراتور متأثر از تصمیم گیری و نحوه ی عملکرد اپراتور دیگر می باشد. تعامل و همکاری ذکر شده نیاز به طراحی ساختار و روش های کنترلی مناسب برای رسیدن به هدف عملکردی این سیستم ها را روشن می کند. به علاوه، سیستم کنترلی طراحی شده مضاف بر برآورد استراتژی عملکردی، باید پایداری سیستم در حضور یک سری موانع مانند تأخیر زمانی در کانال های ارتباطی، محدودیت دامنه در خروجی سیگنال های کنترلی، نامعینی ها، دینامیک های مدل سازی نشده، اغتشاش در سیگنال ها و ... را تضمین کند. در این پایان نامه برای سیستم تله اپراتوری غیرخطی دو-کاربر، با در نظر گرفتن تأخیر زمانی در کانال های ارتباطی و محدودیت دامنه در خروجی سیگنال های کنترلی، یک روش و ساختار کنترلی جدید ارائه شده که با آن ضمن تضمین پایداری، سیستم عملکرد مورد نظر برای سیستم های تله اپراتوری دوکاربر را دارد. روش پیشنهادی مجموع وزنی از کنترلرهای (np+d) بعلاوه ی ترم جبران گرانشی می باشد که در آن وزن ها توسط فاکتور تسلط تعیین می شود. کنترلر (np+d) از یک ترم تناسبی از مشتق زمانی موقعیت (سرعت) بعلاوه ی ترم تابع غیرخطی که سیگنال خطای موقعیت از آن عبور می کند تشکیل شده است. با معرفی توابع مناسب لیاپانوف-کراسووسکی به اثبات پایداری مجانبی دینامیک حلقه بسته ی سیستم پرداخته شده است. در این تحقیق نشان داده شده است که تحت برقراری روابطی، شامل حداکثر تأخیر زمانی در کانال های ارتباطی، پارامترهای کنترلر پیشنهادی و حداکثر دامنه ای که سیگنال کنترل می تواند داشته باشد، سیستم پایدار مجانبی می باشد. با برقراری شرایط، با بکار بردن معیار و متری که برای سنجش عملکرد سیستم های تله اپراتوری بکار می رود، کارایی مناسب کنترلرهای پیشنهادی نشان داده شده است.

در این پایاننامه در چارچوب کنترل تطبیقی سوئیچ دار یک طرح سوئیچینگ با دو کنترل کننده ی تطبیقی جداگانه برای کلاسی از سیستم های تک ورودی- تک خروجی غیرخطی نامعین مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف از این روش، طراحی ساختار یک کنترل کننده ی مناسب برای دستیابی به تنظیم کلی و جامع سیستم می باشد و در این راستا تمامی حالت های سیستم حلقه بسته به صورت جامع تنظیم شده و مقدار محدودی می یابند. روش ارائه شده تأثیر قابل ملاحظه ای در همگرایی سریع تر حالت های سیستم حلقه بسته به نقطه تعادل دارد و در عین حال در کاهش نوسانات اولیه سیستم و حالت دائم نیز نقش بسزایی دارد. یکی از مزایای روش مورد نظر این است که ساختار قسمت غیرخطی و نرخ افزایش قسمت غیرخطی سیستم از قبل مشخص نمی باشد. با استفاده از کنترل کننده ی تطبیقی بهره ی دینامیکی در نظر گرفته شده در ساختار کنترل کننده با توجه به ساختار قسمت غیرخطی سیستم به روز می شود. برای دو ساختار متفاوت از سیستم های غیرخطی، روشی واحد به منظور پایدارسازی و تنظیم حالت های سیستم حلقه بسته مورد استفاده قرار گرفته است. با توجه به این که راستای کنترلی این دو ساختار معکوس هم می باشند، روش تنظیم بهره ی دو جهته در نظر گرفته شده است، به طوری که مابین کنترل کننده های تطبیقی بهره بالا و بهره پایین سوئیچ اتفاق می افتد. سوئیچ در بهره دینامیکی در زمان محدودی رخ داده و سپس بهره به مقدار ثابت، مثبت و محدودی همگرا می شود و این عمل سبب می شود که حالت های سیستم به سمت نقطه تعادل همگرا شوند. تعداد سوئیچینگ تأثیری در پایداری سیستم نمی گذارد و حالت های سیستم نهایتاً تنظیم می شوند. این روش بر روی کلاس کلی تری از سیستم های غیرخطی تعمیم داده شده است. اثبات پایداری سیستم حلقه بسته با استفاده از تابع لیاپانوف تعمیم داده شده، صورت گرفته است و هم چنین تنظیم حالت های سیستم حلقه بسته در هر دو بخش گذرا و دائم از دقت بیشتری برخوردار است. نوسان های اولیه در سیگنال کنترلی سیستم کمتر بوده و هم چنین در زمان کمتری به مقدار صفر رسیده است. نتایج شبیه سازی، نتایج تئوری حاصل شده را تایید می نماید.