استاد راهنما:
دکتر وحید جوهری مجد
اسفند ماه ۱۳۸9
 
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
هدف در این گزارش، طراحی یک کنترلگر مقاوم برای دسته خاصی از سامانه ها میباشد که بتوان از آن در سامانه های غیر خطی و دارای عدم قطعیت های زیاد هستند بهره گیری نمود. برای رسیدن به این مطلب، به توضیحاتی پیرامون کنترلگر های لغزشی پرداخته شده و مزایا و معایب آنها مورد بحث قرار گرفته می باشد، همچنین روشهایی را که برای برطرف و یا کم کردن اثر این معایب در گذشته معرفی گردیده، در طول گزارش اظهار شده می باشد. مانند روشهای غلبه بر معضلات کنترلگر لغزشی، بهره گیری از سیستمهای فازی در این نوع روش کنترل میباشد. البته بهره گیری از سیستمهای فازی به روشهای متفاوتی میتواند انجام گیرد که بطور اختصار به آنها پرداخته شده می باشد. کنترلگر حاصله را کنترلگر لغزشی فازی مینامند. همچنین نظاره گردید که در بسیاری از سامانه ها امکان معین کردن تمامی حالتهای سامانه امکانپذیر نمیباشد، پس بهره گیری از روئیتگر حالت برای بهتر کردن عملکرد سامانه لازم می باشد.  پس از آشنایی کلی با انواع کنترلگر لغزشی فازی تطبیقی، به معرفی یک کنترلگر لغزشی فازی تطبیقی جدید که با بهره گیری از ترکیب کنترلگرهای قبلا ارائه شده تشکیل یافته می باشد، پرداخته ایم. در واقع، از محاسن روشهای قبلا معرفی شده در این روش جدید بطور یکجا بهره گیری شده می باشد.
از این کنترلگر در یک سامانه مکانیکی زیر تحریک (کشتی) مدل شده، بهره گیری کرده و نتایج را درفصل شبیه سازی ارائه گردیده می باشد.
کلید واژه: سامانه های غیر خطی، کنترل غیر خطی، کنترل لغزشی فازی تطبیقی، روئیتگر، سامانه های زیر تحریک.
فهرست مطالب
عنوان    صفحه
فهرست علایم و نشانه‌ها    ‌ک
فهرست شکل‌‌ها    ‌ل
فصل 1-    مقدمه……..    1
1-1-    پیشگفتار    1
1-2-    انگیزه:…..    7
1-3-    اهداف:….    7
1-4-    ساختار گزارش    8
فصل 2-    پیش نیازهای پژوهشی    9
2-1-    مقدمه…..    9
2-2-    تئوری کنترل لغزشی:    9
2-3-    کنترل فازی تطبیقی    11
2-4-    کنترل لغزشی فازی تطبیقی    11
2-4-1-    مقدمه    11
2-4-2-    مثالهایی از کاربرد کنترل لغزشی فازی تطبیقی :    12
2-4-3-    اظهار مسئله:    17
2-4-4-    بهره گیری از سامانه فازی برای تخمین قسمتهای نامعلوم سامانه    19
2-4-4-1-    طراحی نظاره گر حالت وقانون تطبیق    23
2-4-5-    بهره گیری از سامانه فازی برای برطرف کردن مشکل وزوز    28
2-4-6-    نتیجه گیری    31
فصل 3-    کنترل لغزشی فازی تطبیقی جدید به همراه نظاره گر حالت    32
3-1-    مقدمه    32
3-2-    اظهار مسئله    32
3-3-    طراحی کنترلگر    34
3-3-1-    طراحی تخمینگر فازی به مقصود تخمین پارامترهای نا معلوم  (سامانه فازی اول)    35
3-3-2-    طراحی تخمینگر فازی به مقصود  برطرف کردن وزوز ( سامانه فازی دوم)    37
3-3-3-    طراحی نظاره گر و قانون تطبیق    38
3-3-4-    بازنویسی روابط سامانه های فازی(1و2) با در نظر گرفتن نظاره گر حالت    40
3-4-    برسی پایداری    43
3-5-    نتیجه گیری    44
فصل 4-    مطالعه موردی و شبیه سازی    45
4-1-    مقدمه…..    45
4-2-    مدل ریاضی بر اساس قوانین فیزیکی    47
4-3-    نتیجه گیری    63
فصل 5-    نتیجه….    64
فهرست مراجع    66
واژه نامه‌ انگلیسی به فارسی    72
⦁    فهرست علایم و نشانه‌ها
عنوان                                                                                        علامت اختصاری
حالتها(states)
سیگنال کنترل
ورودی اغتشاش خارجی
سطح لغزش
ترمهای نامعلوم سامانه
تخمین ترمهای نامعلوم سامانه
تابع لیاپانوف
⦁    فهرست شکل‌‌ها
عنوان                                                                                                           صفحه
شکل ‏21:  AFSMC with nonlinear system for aproximate      27
شکل ‏22::AFSMC with nonlinear system for aproximate      31
شکل ‏31:  AFSMC with nonlinear system for aproximate      42
شکل ‏41. نمایش شش درجه آزادی بر روی یک شناور.    48
شکل ‏42. مختصات و متغیرهایی که در اقدام مدل کردن بهره گیری میشوند.    48
شکل ‏43: : ردیابی سیگنال دلخواه، برای سناریوی 1 با کنترلگر قدیمی برای تخمین ترمهای نامعلوم.    57
شکل ‏44: سیگنال کنترل و سیگنال خطا برای ردیابی سیگنال دلخواه، برای سناریوی 1 با کنترلگر قدیمی برای تخمین ترمهای نامعلوم.    57
شکل ‏45: سیگنال کنترل و سیگنال خطا برای ردیابی سیگنال دلخواه، برای سناریوی 2 با کنترلگر قدیمی برای تخمین ترمهای نامعلوم.    58
شکل ‏46: ردیابی سیگنال دلخواه، برای سناریوی 2 با کنترلگر قدیمی برای تخمین ترمهای نامعلوم.    58
شکل ‏47: ردیابی سیگنال دلخواه، برای سناریوی 1 با کنترلگر قدیمی برای حذف وزوز.    59
شکل ‏48: سیگنال کنترل و سیگنال خطا برای ردیابی سیگنال دلخواه، برای سناریوی 1 با کنترلگر قدیمی برای حذف وزوز.    59
شکل ‏49: ردیابی سیگنال دلخواه، برای سناریوی 2 با کنترلگر قدیمی برای حذف وزوز.    60
شکل ‏410: : سیگنال کنترل و سیگنال خطا برای ردیابی سیگنال دلخواه، برای سناریوی 2 با کنترلگر قدیمی برای حذف وزوز.    60
شکل ‏411: سیگنال کنترل و سیگنال خطا برای ردیابی سیگنال دلخواه، برای سناریوی 1 با کنترلگر جدید.    61
شکل ‏412: ردیابی سیگنال دلخواه، برای سناریوی 1 با کنترلگر جدید.    61
شکل ‏413: ردیابی سیگنال دلخواه، برای سناریوی 2 با کنترلگر جدید.    62
شکل ‏414: سیگنال کنترل و سیگنال خطا برای ردیابی سیگنال دلخواه، برای سناریوی 2 با کنترلگر جدید.    62
⦁    مقدمه
⦁    پیشگفتار
در دهه های گذشته شاهد افزایش کوشش برای کنترل سامانه های مکانیکی زیر تحریک بوده ایم. سامانه های مکانیکی زیر تحریک، سامانه هایی هستند که تعداد درجات آزادی در آنها از تعداد محرکها بیشتر می باشد بطور مثال یک و یا چند درجه آزادی آنها بطور مستقیم قابل کنترل نیستند. از این نوع سامانه های مکانیکی در اقدام بسیار زیاد پیدا نمود میشوند، مانند: شناورها، فضاپییماها، زیردریایی ها ، هلیکوپترها ،… .
برای برسی مسائل سامانه های زیر تحریک به تحلیل روابط غیر خطی نیازمند هستیم زیرا با بهره گیری از روشهای کنترل خطی، با مشکل عدم پایداری مواجه خواهیم گردید و همچنین مسئله کنترل ردیابی نیز بر مشکل فوق اضافه خواهد گردید.
بسیاری از سامانه های مکانیکی زیر تحریک، توابعی از قیود غیر هولونومیک (سامانه های غیر هولونومیک نوع خاصی از سامانه های غیر خطی هستند) میباشند. در مکانیک کلاسیک، این قیود بصورت قیود خطی از نوع  معرفی میشوند و با q نمایش داده شده و هیچکدام از آنها انتگرال پذیر نیستند[73] . قیود غیر هولونومیک  به دو دسته تقسیم میشوند: قیود درجه یک و قیود درجه دو.
قیود مرتبه اول به شکل تابعی از قید و مشتق قید(سرعت قیود)معرفی میشود که البته هیچکدام انتگرال پذیر نیستند.
قیود مرتبه دوم به شکل تابعی از قید و مشتق قید (سرعت آنها ) و مشتق دوم قید (شتاب آنها) معرفی میشود که البته هیچکدام انتگرال پذیر نیستند.
قیود مرتبه اول و دوم معمولا در زمان حرکات خاص سامانه بر روی آنها اعمال میشود. قیود مرتبه اول و یا محدودیتهای سرعت، معمولا در سامانه های رباتهای چرخدار خاص، مانند یک تریلر به همراه یدک آن، نظاره میشود. قیود مرتبه دوم و یا محدودیتهای شتاب معمولا در سامانه هایی زیرا، شناورها، زیردریایی ها، فضاپیماها و رباتهای فضایی نظاره میشود.
در این پایاننامه تمرکز برروی سامانه های دارای قیود مرتبه دوم میباشد.
همانطور که تصریح گردید، شناورها زیرمجموعه ایی از سامانه های مکانیکی زیر تحریک میباشند. دلیل اینکه شناور ها را زیر تحریک مینامند این می باشد که تعداد محرکهای آن کمتر از تعداد درجات آزادی باشد. برای مثال یک کشتی اقیانوس پیمای امروزی را در نظر بگیرید. این کشتی دارای یک پروانه (محرک1) و یک سکان (محرک2) میباشد، در عین حال، حرکت این کشتی بایستی توسط بردارهای جلو و کناره ها و جهت حرکت کنترل گردد (سه درجه آزادی). نظاره میشود که در این کشتی دو محرک هست و بایستی با بهره گیری از این دو محرک سه کمیت را کنترل نمود. پس با یک سامانه زیرتحریک مواجه هستیم.
با اظهار توضیحات تصریح شده، در این پایاننامه مسئله کنترل یک شناور اثر سطحی را مورد برسی قرار میدهیم.
کنترل خودکار کردن کشتی ها از زمانهای قدیم مورد خواست شرکتهای کشتی سازی بوده می باشد. طبق آمار موجود اولین سامانه هدایت خودکار کشتی بر پایه دستگاهی به نام جایروکامپس ساخته شده. این سامانه هدایت اولین جایرو پایلوت ساخته شده بود که در سال 1922و مورد بهره گیری قرار گرفته بود. پس از آن کنترل خودکار های ابتدایی توسط کنترلگرهای پی آی دی  ساخته گردید. عیب آنها این بود که فقط در اطراف نقطه کار طراحی شده، عملکرد خوبی داشتند. همچنین هیچکدام از آنها پیش روی تغییرات پارامترها و همینطور عدم قطعیت های مدل، مقاوم نبودند، زیرا روش خطی سازی برگشتی نیازمند دارا بودن اطلاعات دقیقی از سامانه ها و پارامترها میبود.
از آنجا که بسیاری از سامانه های دینامیکی که بایستی کنترل شوند پارامترهای نامعلوم دارند که یا نامعلومند و یا به آهستگی تغییر میکنند، کنترل تطبیقی یک روش مناسب برای کنترل اینچنین سامانه ها می باشد. تحقیقات در زمینه کنترل تطبیقی در اوایل دهه 1950، درمورد طراحی خلبان خودکار در هواپیماهای با عملکرد برجسته، که در محدوده وسیعی از سرعت و ارتفاع کار میکنند و پس با تغییرات زیاد پارامترها مواجه اند آغاز گردید.کنترل تطبیقی به عنوان یک روش برای تنظیم خودکار پارامترهای کنترل کننده سامانه هایی که دینامیک آنها با تغییرات زیاد روبرو می باشد پیشنهاد گردید [].
همچنین، عدم دقت در مدلسازی میتواند اثرات نامطلوب شدیدی بر سامانه های غیر خطی بگذارد، بایستی در هر طراحی عملی آنها را صریحا مورد نظر قرار داد. دو روش اصلی و مکمل برای مقابله با عدم قطعیتهای مدل، بهره گیری از کنترل مقاوم و کنترل تطبیقی میباشد. پس از آن برای هدایت خودکار کشتی بهره گیری از روشهای کنترل ال کیو جی و کنترل اچ اینفینیتی پیشنهاد داده گردید[] , [].
در سال 1980، محققان توانستند با روشهای کنترل پیشرفته مانند کنترل تطبیقی شبکه های عصبی، هدایت خودکار را طراحی کنند [] .
در سال 2001، الگوریتم کنترل غیر خطی تطبیقی مقاوم برای هدایت خودکار کشتی  معرفی گردید. البته در آن فرضیاتی وجود داشت که باعث مشکلاتی میشد[].
در سال 2001، برای مسئله ردیابی خودکار کشتیها، بهره گیری از روش  فازی تطبیقی پیشنهاد گردید [].
در سال 2004، هدایت خودکار تطبیقی غیر خطی بهبودیافته ایی طراحی شدکه با فرض دارا بودن پارامترهای ثابت برای هدایت کشتی دارای عدم قطعیت، مفید بود[].
در سال 2006، برای کنترل خودکار کشتیها،  بهره گیری از کنترل فازی و اچ اینفینیتی  پیشنهاد داده گردید[].
تمام روشهای کنترلی که تا اینجا معرفی شدند، هر یک دارای نقاط قوت و یا نقاط ضعفی نسبت به یکدیگر میباشند. برای مثال در بعضی، مسئله ردیابی به خوبی انجام میگیرد اما در برابر اغتشاشات زیاد محیطی دارای پایداری لازم نیستند و یا اینکه سرعت عکس العمل خوبی در برابر تغییر مقدار ورودی مرجع ندارند.
کنترل لغزشی یکی از موثرترین روشهای کنترل مقاوم غیر خطی برای رویارویی با سامانه های دارای مشخصاتی زیرا، عدم قطعیت در مدل و وجود پارامترهای دارای تغییرات زیاد میباشد[,]. طرح کنترل کننده لغزشی روشی مقاوم برای مسئله حفظ پایداری وعملکرد یکنواخت پیش روی بی دقتیهای مدلسازی می باشد. اما این روش دارای معایبی نیز میباشد، یکی از معایب کنترل لغزشی ایجاد پدیده وزوز برروی سطح لغزشی طراحی شده میباشد. برای برطرف کردن این پدیده میتوان از روشهایی مانند تخمین اشباع [] و یا کنترل لغزشی انتگرالی[]  ویا تکنیک لایه مرزی[]  برای بهبود بخشیدن به اقدام کنترل بهره گیری نمود.
اگر عدم قطعیت در مدل زیاد باشد، کنترل لغزشی نیاز به یک لایه ضخیم دارد که این امر باعث ایجاد لرزش بزرگتر میشود. اگر ضخامت این لایه مرتبا افزایش یابد، به همان اندازه مزایای کنترل لغزشی کم میشود و به سمت یک سامانه بدون مد لغزشی میرویم. برای غلبه بر مشکل فوق میتوان از کنترلگرهای فازی برای تخمین مقدار تابع نامعلوم کنترل کننده مد لغزشی بهره گیری نمود. در واقع، تخمین ترمهای نامعلوم توسط سامانه های فازی باعث عملکرد مطلوب کل سامانه میگردد، البته این روش تا به حال به روشهای گوناگون معرفی شده می باشد که بسته به هدف مورد نظر، از روشی خاص بهره جسته اند. []و][
بهره گیری از سیستم های فازی به همراه کنترل لغزشی به منظورهای متفاوتی انجام میشود که یکی از آنها برای حذف اثر وزوز میباشد، یک مورد دیگر بهره گیری از سامانه های فازی در کنترل لغزشی به مقصود تخمین ترمهای نامعلوم سامانه تحت کنترل میباشد که در فصول آینده به گونه کامل مورد برسی قرار خواهد گرفت.
کنترل فازی  بدلیل مزایایی که دارد به کرات در مقالات مورد بحث قرار گرفته می باشد]وو[. مزیت اصلی این کنترل نسبت به کنترلهای متعارف این می باشد که در این روش نیازی به مدل ریاضی دقیق نیست و اقدام کنترل برای سامانه هایی که مدل کردن آنها کار مشکلی می باشد میتواند بازده ایی خوبی داشته باشد.
طبق مطالب تصریح شده، جهت بهبود مقاومت در کنترل فازی، مطالعات، تحقیقات و فعالیتهای زیادی انجام شده می باشد که یکی از نتایج حاصل شده از این تحقیقات، بهره گیری از کنترل کننده لغزشی فازی میباشد[,]. کنترل لغزشی فازی ترکیبی از کنترل فازی و کنترل لغزشی می باشد. کنترل لغزشی فازی یک روش کنترل بسیار مقاوم پیش روی بی دقتی های مدل و اغتشاشات خارجی میباشد. همانطور که ذکر گردید، از بین بردن لرزش در لایه مرزی، یکی از مزایای بهره گیری از کنترل لغزشی فازی نسبت به کنترل لغزشی میباشد.
کنترل کننده لغزشی فازی ترکیبی می باشد از کنترل فازی و کنترل لغزشی، بطوری که قدرت کنترلگر پیش روی عدم قطعیت مدل و اغتشاش خارجی حفظ گردد.
از آنجایی که مشخص کردن پارامترها از اهمیت بسیار بالایی در طراحی کنترلگر برخوردار می باشد و باعث بهبود رفتار سامانه میشود، برای عملکرد بالای پارامترها از الگوریتم تطبیق بهره گیری شده],-[و در نتیجه ساختار کنترلی جدید را کنترل کننده لغزشی فازی تطبیقینام نهادند]-[.
مراحل طراحی را میتوان به شکل زیر بیان نمود: در آغاز مدل فازی اولیه ایی برای اظهار مشخصات دینامیکی سامانه تحت کنترل ساخته میشود، بر اساس این مدلهای فازی و برای دستیابی به اهداف کنترلی، کنترلگر لغزشی فازی طراحی میشود. سپس قوانین تطبیق برای تنظیم پارامترهای قابل تنظیم مدلهای فازی طراحی میشود و در نهایت توسط تئوری لیاپانوف، پایداری کل سامانه برسی میشود.
قانون تطبیق برای کنترل کننده لغزشی فازی تطبیقی ،تابعی از بردار خطای ردیابی می باشد].[. بدین معنی که قوانین تطبیق تنها خطاهای پارامتر مدل فازی را از طریق نفوذ بر بردار خطای ردیابی برگشت میدهد. پس قوانین تطبیق در کنترل کننده لغزشی فازی تطبیقی، پارامترهای مدل فازی سامانه را تنظیم می ‌کند، سپس کنترلگر، بردار خطای ردیابی را به سمت صفر هدایت کند[] , [] , []. حتی با وجود بردار خطای ردیابی به سمت صفر میرود.
البته برای جبران خطای خطای مدلینگ، نیاز به سیگنالهای بزرگ کنترلگر برای رسیدن به اهداف کنترلی میباشد که این امر باعث به وجودآمدن پدیده وزوز میشود.
معمولا طراحی کنترلگر لغزشی فازی با فرض وجود تمامی حالتهای قابل اندازه گیری سامانه طراحی میشوند و قوانین تطبیق بر اساس بردار خطای ردیابی سامانه، طراحی میشود[18-]. اما در بسیاری موردها تمامی حالتهای سامانه تحت کنترل در دسترس نمیباشند و در نتیجه قوانین تطبیق به سختی محقق میشوند، پس بردار خطای ردیابی نمیتواند صفر گردد.
برای برسی رفتار سامانه های غیر خطی که در آنها تمامی حالتها قابل اندازه گیری نمیباشند، مطالعات فراوانی صورت گرفته می باشد، یکی از نتایج این تحقیقات، معرفی کنترل فازی بر اساس نظاره گر می باشد]-[. در این ساختار کنترل، آغاز نظاره گر، بردار خطای ردیابی را تخمین میزند و سپس یک تابع لیاپانوف حقیقی اکیدا مثبت را انتخاب کرده و بعد از آن قوانین تطبیق طراحی میشوند [-].
همانطور که ذکر گردید، برای سامانه های غیر خطی، طراحی نظاره گر برای تخمین تمامی متغیرهای حالت، یک مشکل چالش انگیز میباشد. نظاره گر های غیر خطی از طرق مختلف و با در نظر داشتن رفتارهای ذاتی دینامیکهای غیر خطی آنها طراحی میشوند.
با بهره گیری از نظاره گرهای غیر خطی، میتوان بر مشکلاتی از قبیل شرایط محدودیت آور وعدم قطعیت های مدل و عدم مقاومت وتخمین همراه با نویز، غلبه نمود. بایستی دقت داشت که اگر سامانه مورد نظر تحت تاثیر اغتشاش نیز قرار داشته باشد، نظاره گر طراحی شده بایستی مقاوم باشد.
⦁    انگیزه:
تعداد قابل ملاحظه ایی از کشتیهایی که امروزه در دنیا بهره گیری میشوند تنها دارای یک پروانه و یک سکان میباشد و همانطور که تصریح گردید سیستم فوق یک سامانه زیر تحریک میباشد. البته، در این سامانه ها میتوان با اضافه کردن یک محرک به بدنه شناور، آنرا به یک شناور فول محرک تبدیل نمود. بطوریکه برای تمام درجات آزادی و یا به زبان دیگر، برای تمام حرکات مورد نیاز بصورت مستقیم محرک داشته باشد. اما این کار برای مصارف معمولی از لحاظ اقتصادی هزینه زیادی دارد.
با این حال، تمایلات اخیر در طراحی شناورها بر این بوده می باشد که از یک محرک در قسمت سینه کشتی بهره گیری گردد. روش فوق که باعث فول محرک شدن کشتی میشود در مورد هایی زیرا مانور سریع برای پهلو گرفتن در لنگرگاه و راحت تر کردن ارتباط با کشتی کناری، بهره گیری میشود.
در سرعت های بالا به دلیل سرعت جریان آب عبوری از کنار شناور، محرک فوق اثر خود را از دست داده و عکس العمل بسیار ضعیفی از خود نشان میدهد.
با این تفاصیل برای بعضی کشتیها که نیاز به دقت بالایی دارند، بهره گیری از محرک مکمل ضروری می باشد.
⦁    اهداف:
هدف اصلی در این پایان نامه این می باشد که یک نمونه سامانه زیر تحریک درجه دو (تمرکز بر روی یک شناور اثر سطحی میباشد) را در نظر گرفته، مدل دینامیک آن را بدست آوریم و سپس با بهره گیری از دانش روشهایی زیرا، کنترل لغزشی و کنترل لغزشی فازی و کنترل لغزشی فازی تطبیقی و کنترل لغزشی فازی تطبیقی جدید  به همراه نظاره گر،  هدایت کشتی فوق را کنترل کرده و پایداری و ردیابی کل سامانه را مورد برسی قرار دهیم.
سپس نتایج هر قسمت را با بخشهای قبل مقایسه کرده و مزایا و معایب بهره گیری از هر کدام از این کنترلگر ها را برسی می کنیم. کوشش میشود که نتایج این پایان نامه با نتایج نهایی یکی از روشهای کنترلی که قبلا برای هدایت کشتیها معرفی شده می باشد، مقایسه و نقاط قدرت وضعف آن برسی گردد.
در واقع نوآوری پژوهشی این پایان نامه، بهره گیری از یک کنترلگر جدید  به همراه نظاره گر حالت برای هدایت یک سامانه زیر تحریک و برسی نتایج حاصله میباشد. در اینجا بدلیل بهره گیری از کنترل لغزشی، انتظار میرود بر خلاف مرجع [79] سامانه، دارای پایداری خوبی باشد. همچنین در مراجع [75],[77] ، اغتشاشات وعدم قطعیت های مدل میتوانند در محدوده خاصی قرار بگیرند تا پایداری سامانه تضمین گردد، در حال که در روش فوق این محدوده میتواند بسیار بزرگتر باشد.
⦁    ساختار گزارش
فصل اول شامل مقدمه ایی می باشد بر تاریخچه ایی از کنترلگر ارائه شده و همچنین بر فعالیتهای انجام شده در این گزارش و مرور کلی بر فصلهای آتی آن.
در فصل دوم که مربوط به پیش نیازهای پژوهشی میباشد به معرفی کنترلگر لغزشی و برسی معایب آن و چگونگی برطرف کردن آنها پرداخته و یکی از راههای بهبود عملکرد کنترل لغزشی که بهره گیری از منطق فازی در کنترل لغزشی میباشد را معرفی کرده و به برسی پیرامون آن و انواع کنترل لغزشی فازی میپردازیم.
در فصل سوم به طراحی یک کنترلر لغزشی فازی تطبیقی جدید به همراه یک نظاره گر پرداخته، سپس با بهره گیری از تئوری پایدار لیاپانوف، پایداری را مورد برسی قرار میدهیم.
در  فصل چهارم، به برسی و چگونگی بدست آوردن مدل دینامیکی یک شناور به مقصود کنترل و هدایت آن میپردازیم در این قسمت با بهره گیری از قوانین فیزیکی کوشش میکنیم معادله ایی دینامیکی بدست آوریم که مشخص کننده ارتباط بین تغییرات سکان کشتی و تغییرات جهت حرکت کشتی باشد، سپس کنترلگر طراحی شده در فصل سه را به سامانه شناور مورد نظر مدل شده، اعمال کرده و در شرایط مختلف که شامل وجود اغتشاش خارجی و همچنین اقدام ردیابی به شکل های متفاوت میباشد را مورد آزمایش قرار داده و نتایج  شبیه سازی شده را ارائه میدهیم.
نهایتا در فصل پنجم به نتیجه گیری و مقایسه بین روشها میپردازیم.
⦁    پیش نیازهای پژوهشی
⦁    مقدمه
در این فصل به تبیین مختصری پیرامون کنترل ساختار متغیر، مد لغزشی و کنترل لغزشی و سپس سامانه های فازی و چگونگی بهره گیری از سامانه فازی به عنوان کنترل فازی خواهیم پرداخت. در ادامه به این موضوع تصریح خواهد گردید که کنترل لغزشی دارای معایبی میباشد و برای برطرف کردن و یا حداقل کردن آنها میتوان از روشهای مختلفی بهره گیری نمود. یکی از روشهای معرفی شده، بهره گیری از سامانه های فازی جهت برطرف کردن معضلات و بهبود بخشیدن به کنترل لغزشی میباشد. این درحالی می باشد که، بهره گیری از سامانه های فازی به طریقهای متفاوت و به مقصود بهبود مشخصات مختلف سیستم کنترل، مورد بهره گیری قرار میگیرد. در این فصل به برسی دو نوع کنترل لغزشی فازی میپردازیم و سپس در فصل بعدی با بهره گیری از ترکیب و تغییراتی در هر کدام از آنها، یک روش کنترل جدید را معرفی خواهیم نمود.
⦁    تئوری کنترل لغزشی:
تئوریهای اولیه و مبانی کنترل لغزشی تحت عنوان کنترل ساختار متغیر مطرح شده اند که علت این نامگذاری، تغییر ساختار این کنترل کننده در حین فرایند کنترل میباشد][. یک سامانه ساختار متغیر، یک سامانه دینامیکی می باشد که ساختار آن با در نظر داشتن مقدار فعلی بردارهای حالتآن تغییر می کند. تغییرات این ساختار همیشه در جهتی انجام می پذیردکه مقدار یک تابع معین موسوم به سطح نا پیوستگی، به سمت صفر میل کند. این سطح ناپیوستگی بایستی طوری تعیین شده باشد که در صورت صفر شدن آن خطای سامانه به سمت صفر میل کند. به دلیل اینکه تغییر ساختار کنترل کننده، در نهایت منجر به نوسانات کوچکی حول سطح مزبور می گردد، این کنترل کننده ها به کنترل کننده های لغزشی معروف شده اند و به سطح نا پیوستگی نیز اصطلاحا سطح لغزش گفته می گردد.
یکی از معضلات عملی این موضوع، پدیده وزوز ناشی از نقص افزارهای سوئیچینگ و تاخیرهاست][. هنگامی که یکی از مسیرهای حالت  به سمت سطح لغزش در حرکت باشد آغاز در یک نقطه آن را قطع می کند، در حالت ایده ال، بایستی مسیر حالت از همین نقطه لغزش روی سطح را آغاز کند اما در واقعیت تاخیری میان زمان تغییر علامت متغیر حالت و زمان سوئیچینگ کنترل هست. به هنگام این تاخیر مسیر حالت از سطح لغزش گذشته، وارد ناحیه دیگر میشود. زمانی که کنترل سوئیچ می کند، مسیر حالت جهت خود را به سمت سطح تغییر می دهد و دیگر بار آن را قطع می کند. تکرار این فرایند سبب ایجاد حرکتی زیگ زاگ ( نوسانی) مطابق شکل زیر می گردد که به نام وزوز خوانده می گردد.
وزوز موجب کاهش دقت کنترل، تلفات گرمایی فراوان در مدارهای الکتریکی و ساییده شدن اجزای متحرک مکانیکی می گردد. به علاوه ممکن می باشد دینامیک مدل نشده با فرکانس بالا را تحریک کند. عملکرد سامانه را تخریب نمایدو یا حتی سبب نا پایداری گردد.
یکی از معضلات کنترل لغزشی، وجود ترمهای نامعلوم در مدل سامانه میباشد، عدم قطعیت در اقدام مدلینگ باعث وجود ترمهای نامعلوم در مدل دینامیکی سامانه میشود. در طراحی کنترلگر، این ترمهای نامعلوم باعث عملکرد ضعیف و راندمان پایین در سامانه میشوند.
⦁    کنترل فازی تطبیقی
معمولا کنترل کننده های فازی در وضعیتهایی کار میکنند که در آن یک عدم قطعیت بزرگ با تغییرات نا معلوم در پارامترها و ساختارهای سامانه هست.
مزیت های کنترل فازی تطبیقی نسبت به کنترل فازی غیر تطبیقی:
⦁    عملکرد و کارایی بهتر معمولا قابل دستیابی میباشد، زیرا که کنترل کننده فازی تطبیقی میتواند خود را با در نظر داشتن تغییرات محیطی تنظیم نماید.
⦁    دانش کمتری از سامانه تحت کنترل لازم می باشد، زیرا که قانون تطبیق میتواند در جهت یادگیری دینامیک سامانه در طی عملیات زمان حقیقی کمک نماید.
در واقع، هدف اصلی کنترل تطبیقی عبارت می باشد از ثابت نگه داشتن کارایی یک سامانه در حضور عدم قطعیت های ذکر گردیده میباشد. پس کنترل فازی پیشرفته بایستی تطبیقی باشد.
⦁    کنترل لغزشی فازی تطبیقی
⦁    مقدمه
کنترل لغزشی در کنار محاسنی که دارد،  دارای معایبی نیز میباشد. معایب کنترل لغزشی به روشهای مختلفی میتواند برطرف گردد که یکی از بهترین آنها، بهره گیری از سامانه های فازی برای جبران عدم قطعیت های مدل و همچنین پارامترهای دارای تغییرات شدید میباشد که این جبرانسازی توسط سامانه فازی باعث برطرف شدن معایب کنترل لغزشی میگردد.
در ادامه این فصل، دو روش کاملا مجزا برای بهره گیری از س سامانه های فازی در بهبود سازی عملکرد کنترل لغزشی معرفی خواهد گردید. همانگونه که ذکر گردید، یکی از معضلات کنترل لغزشی، وجود ترم های نامعلوم در سامانه میباشد، این ترمهای نامعلوم توسط سامانه های فازی قابل تخمین زدن و جایگزینی هستند که در قسمت بعدی بطور کامل معرفی میشوند. یکی دیگر از معضلات کنترل لغزشی، ایجاد وزوز بر روی سطح لغزش میباشد، این مشکل نیز میتواند با بهره گیری از سامانه های فازی وتخمین قسمتی از کنترلگر، برطرف گردد. عملکرد این نوع سامانه فازی نیز در ادامه فصل بطور کامل تبیین داده خواهد گردید.
⦁    مثالهایی از کاربرد کنترل لغزشی فازی تطبیقی :
⦁    در سال 2000 بهره گیری از کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای کنترل نوعی ربات معرفی گردید ][. در این روش، سامانه فازی تطبیقی اقدام تخمین اغتشاش را انجام میدهد و ترمهای متغیر با زمان را شناسایی می ‌کند. این روش باعث کاهش پیچیدگی اقدام کنترل میشود.
⦁    در سال 2002 کاربردی برای کنترل لغزشی فازی تطبیقی بر پایه الگوریتم ژنتیک برای سازه های ساختمانی در زمان زلزله پیشنهاد گردید ][. در این طراحی با بهره گیری از توابع عضویت دقیق و محرکهای مورد نیاز و طراحی یک کنترلگر مناسب، میتوان یک سازه را در زمان زلزله بطور ایمنی کنترل نمود و از آسیب رسیدن به آن جلوگیری نمود.
⦁    در سال 2008 بهره گیری از کنترل دینامیکی لغزشی فازی تطبیقی وکنترل سینماتیک براساس برنامه ریزی تکاملی برای رباتهای محرک چرخدار معرفی گردید ][. در این پژوهش از کنترل سینماتیک بر پایه برنامه ریزی تکاملی برای معین کردن تمام بهره های کنترل بهینه بهره گیری شده می باشد و کنترل کنترل لغزشی فازی تطبیقی به مسائل عدم قطعیتها و اغتشاشات خارجی رسیدگی می ‌کند. نتایج این پژوهش نشان داده می باشد که کنترل لغزشی فازی تطبیقی در مقایسه با کنترلر های دیگر دارای عملکرد بهتری پیش روی عدم قطیتها و اغتشاشات خارجی دارد.
⦁    در سال 2008 کنترل سرعت جابجایی در سامانه سروو هیدرولیکی با بهره گیری از کنترل لغزشی فازی تطبیقی معرفی گردید ][. از آنجایی که سامانه فوق بدلیل غیر خطی بودن و متغیر با زمان بودن دارای مشخصات خاصی میباشد و از آنجایی که در این سامانه، شکل گیری کنترل کننده مشکل میباشد، پس از کنترل لغزشی فازی تطبیقی بهره گیری شده می باشد و از نتایج این پژوهش نظاره گردیده که پایداری سامانه فوق تضمین گردیده می باشد و مقاومت بسیار بالا و قابلیت خود تطبیقی پیش روی اغتشاشات خارجی را دارد و همچنین در آزمایشات متفاوت، دارای عملکرد دینامیکی دقیقی میباشد.
⦁    در سال 2008 کاربرد کنترل لغزشی فازی تطبیقی و پی آی دی  در کنترل دمای سامانه تولید بخارمعرفی گردید][. در این پژوهش از ترکیب کنترل لغزشی فازی تطبیقی و کنترل انتگرالی تناسبی بهره گیری شده می باشد و نظاره گردیده که کنترل فوق وابستگی زیادی به مدل ریاضی سامانه ندارد و از منطق فازی برای اقدام ردیابی و از کنترل لغزشی برای افزایش مقاومت کنترل کننده بهره گیری میشود. همچنین قانون تطبیق باعث میشود که خطای ردیابی سریعتر به سمت صفر همگرا گردد. در نهایت از نتایج، نظاره میشود که کنترلگر فوق دارای عملکرد گذرا و ماندگار مناسب و مقاومت بسیار خوبی در مقایسه با کنترل پی آی دی  میباشد.
⦁    در سال 2009 بهره گیری از کنترل لغزشی فازی خود سازمانده تطبیقی برای توانبخشی یک بازوی نیوماتیکی ربات پیشنهاد گردید][. از این روش برای قسمت های آسیب پذیر در تغییرات جابجایی سریع و یا کنترل نیرو بهره گیری میشود. از نتایج این پژوهش نظاره میشود که مقاومت و کارایی الگوریتم کنترل فوق در اقدام ردیابی بسیار مطلوب میباشدو البته پایداری آن بوسیله تئوری پایداری لیاپانوف برسی و صحت آن تایید گردیده می باشد.
⦁    در سال 2009 کاربردی از  کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای سامانه های چند ورودی-چند خروجی معرفی گردید][. در این مورد نیز نظاره میگردد که از خواص تقریب زنی کنترل فازی به همراه مقاومت و پایداری کنترل لغزشی بهره گیری شده می باشد و به کمک قانون تطبیق، پارامترها نیز بطور آنلاین تنظیم میشوند. نتایج نشان میدهد که عملکرد ردیابی بسیار مناسب میباشد و همچنین مقاومت کنترلگر با وجود اغتشاش خارجی و عدم قطعیت های موجود، خوب می باشد.
⦁    در سال 2009 بهره گیری از یک کنترلر لغزشی فازی تطبیقی مقاوم برای کنترل 3 بازوی مکانیکی موازی سه آر تی بهره گیری گردید][. در این روش با در نظر داشتن مشخصات دینامیکی سه بازوهای موازی، کنترلگر فوق طراحی گردیده می باشد و نتایج آن نشان میدهد که اگر چه اقدام ردیابی در حالی که سامانه فوق با کنترل پی دی و زمانی که با کنترل لغزشی فازی تطبیقی مقایسه میشود، در هر دو مورد، دقت مناسب می باشد اما اقدام حذف اغتشاش در حالت بهره گیری از کنترل لغزشی فازی تطبیقی بهتر از پی دی میباشد، اما زمانی که پارامترهای کنترلگر ثابت باشد، کنترلگر پی دی اقدام ردیابی را بهتر انجام میدهد.
⦁    در سال 2009 کنترل آشوب با بهره گیری از کنترل لغزشی فازی تطبیقی بر روی سامانه پاندول معکوس معرفی گردید][. در این پژوهش مشخصات همگرایی خطای ردیابی با بهره گیری از لم باربالت و تئوری لیاپانوف اثبات گردیده می باشد. در این روش نظاره میشود که کوشش کمتری برای پایدار سازی در یک مسیر پریودیک ناپایدار در مقایسه با یک مسیر مستقیم نیاز می باشد.
⦁    در سال 2009 از کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای سامانه های زیر سطحی آبی بهره گیری گردید][. هدف در این پژوهش کم کردن درجه مدل دینامیکی جسم زیر آب و توسعه دادن سامانه کنترل در روش نامتمرکز و چشم پوشی از ترمهای کوپلینگ متقاطع میباشد. کران ها و مشخصات همگرایی در سامانه حلقه بسته با بهره گیری از تئوری پایداری لیاپانوف و لم باربالت اثبات گردیده می باشد. نظاره میشود که بهره گیری از الگوریتم فازی تطبیقی درون کرانهای معین شده باعث بهبودی ارتباط بین عملکرد ردیابی و پدیده وزوز صورت میگیرد.
⦁     در سال 2009 طراحی  کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای سامانه لرنز انجام گردید][. در این پژوهش از کنترلگر فوق برای پایدار سازی سامانه لرنز بهره گیری شده می باشد. از قانون تطبیق برای معین کردن گین کنترل لغزشی بهره گیری میشود. بر اساس تئوری پایداری لیاپانوف، کنترلگر طراحی شده میتواند سامانه لرنز را به سمت حالت صفر هدایت نماید. همینطور نتایج ، نشاندهنده اثرات مثبت این کنترلگر میباشند.
⦁     در سال 2009 سنکرون کردن جایروهای آشفته غیر خطی نامعلوم با بهره گیری از کنترل لغزشی فازی تطبیقی معرفی گردید][. در این پژوهش از کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای سامانه فوق در زمانی که ورودی آن بصورت ناحیه مرده باشد، بهره گیری شده می باشد. این روش در مقایسه باروشهای قبلی این می باشد که درآن نیاز به داشتن اطلاعات از ساختار جایروها و پارامترهای ناحیه مرده و نواحی دارای عدم قطعیت و اغتشاشات خارجی نیست. نتایج این پژوهش نشان داده می باشد که روش فوق میتواند با دقت اثرات آشوب را خنثی کند.
⦁    در سال 2009 بهره گیری از کنترل لغزشی فازی تطبیقی بهبود یافته بر پایه الگوریتم ژنتیک برای سامانه های غیر خطی پیشنهاد گردید][. نتایج این پژوهش نشان داده می باشد که این روش در مقایسه با حالات بهبود نیافته دارای سرعت بالاتر و تاثیرگزاری بیشتربر روی سامانه های غیر خطی میباشد.
⦁    در سال 2009 کاربرد کنترل لغزشی فازی تطبیقی در حالت مانور چرخشی برای یک فضاپیمای انعطافپذیر برسی گردید][. در این پژوهش در مورد یکی از معضلات کنترل لغزشی فازی تطبیقی در زمانی که فضاپیما در حالت مانور گردش با زاویه بزرگ میباشد، برسی شده می باشد. از نتایج این پژوهش، نظاره میشود که القاء تاخیر، اثرات جبرانسازی دارد و استراتژی معرفی شده در اینجا باعث کم شدن ارتعاششات کششی میشود. گام بعدی را میتوان بهره گیری از قانون کنترل گسسته زمان در نظر گرفت.
⦁     در سال 2010 بهره گیری از کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای محرکهای الکتریکی دارای قدرت زیاد معرفی گردید][. در این پژوهش، از روش فوق برای محرکهای الکتریکی که دارای اغتشاش خارجی و عدم قطعیتهای متغیر بازمان بهره گیری شده می باشد. نتایج نشان میدهد که در اطراف سطح لغزش توانایی خوبی برای حذف اغتشاش و حذف وزوز دارد، اما اقدام ردیابی را نمیتواند بخوبی انجام دهد.
⦁     در سال 2010 کاربرد کنترل لغزشی فازی عصبی ویولت تطبیقی برای کنترل یک موتور dc بدون جاروبک برسی گردید][. در کنترل فوق از ترکیب کنترل عصبی و جبرانساز سوئیچی بهره گیری شده می باشد کنترل عصبی از شبکه عصبی ویولت فازی به عنوان کنترلر اصلی و جبرانساز سوئیچی برای حذف کردن خطای تخمین زده شده در کنترل عصبی میباشد. پایداری کنترلگر با بهره گیری از تابع لیاپانوف و با تنظیم پارامترهای کنترلگر اثبات شده می باشد.
⦁    در سال 2010 طرح جدید از کنترل چند ورودی-چند خروجی  کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای بازوهای ربات معرفی گردید][. الگوریتم کنترل فوق بر اساس تئوری پایداری لیاپانوف طراحی گردیده می باشد و قابلیت اعمال به n بازوی ربات با دینامیکهای نامعلوم و عدم قطعیت را دارد. درکل، کنترلگر فوق دارای چهار ویژگی می باشد: 1- خطای ردیابی در نهایت به صفر همگرا میشود. 2- توانایی مهار وزوز و کم کردن تعداد روشهای فازی را دارد. 3- قانون تطبیق نیازی به داشتن پارامترهای دینامیک ندارد. 4- در نهایت کنترلگر فوق قابلیت اعمال به n بازوی ربات دارای دینامیکهای نا مشخص و دارای عدم قطعیت ساختار و اغتشاش خارجی را دارد.
⦁    در سال2010 کاربرد کنترل لغزشی فازی تطبیقی در سامانه سروو موتور دارای آهنربای دائم معرفی شده می باشد][. از این کنترلگر برای کنترل موقعیت یک سروو که دارای مدلی غیر خطی و عدم قطعیت هست بهره گیری شده می باشد. اعتبار سنجی و امکان سنجی این روش توسط شبیه سازی اثبات شده می باشد. مقایسه کنترلگر فوق با کنترلگر پی آی نشان میدهد که کنترلگر لغزشی فازی تطبیقی پیش روی اغتشاشات بار، پایدار پذیرتر می باشد.
⦁    یکی دیگر از موردها کاربرد کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای اجتناب از وضعیتی می باشد که در آن نیازهای ارتباطی شبکه های کامپیوتری بیشتر از توانایی آنها میباشد][.
***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   پایان نامه ارشد مهندسی برق مخابرات: طراحی مالتی پلکسر و دی مالتی پلکسر نوری

زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود می باشد

تعداد صفحه :44

قیمت : 14700 تومان

***

—-

دسته‌ها: مهندسی برق