فهرست مطالب

کنترل - سال ششم شماره 4 (زمستان 1391)

مجله کنترل
سال ششم شماره 4 (زمستان 1391)

  • تاریخ انتشار: 1392/03/25
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مجتبی حکیمی مقدم، حمید خالوزاده صفحه 1
    امروزه تقریبا در تمام زیر شاخه های کنترل حتی کنترل هوشمند از مزایای توابع تبدیل اکیدا حقیقی مثبت در پایدار سازی سیستم های کنترل حلقه بسته استفاده می شود. حضور این توابع تبدیل در یک سیستم کنترل حلقه بسته می تواند به تولید یک تابع لیاپانوف برای تضمین پایداری سیستم حلقه بسته کمک کند. با این وجود شرایط لازم و کافی داده شده برای توابع تبدیل ماتریسی اکیدا حقیقی مثبت در مراجع مختلف برای سال های مدید، یکسان نبوده است. این موضوع اخیرا مورد توجه قرار گرفته است و نشان داده شده است که قضایای قبلی دارای ناسازگاری هایی با تعریف این توابع هستند. در این مقاله یک تمایز مهم ماتریس های تبدیل اکیدا حقیقی مثبت و حقیقی مثبت ارائه و اثبات می شود. علاوه بر این شرایط لازم و کافی ساده تر و کلی تری برای تعریف ماتریس های تبدیل اکیدا حقیقی مثبت ارائه می شود. مزیت مهم کار حاضر استفاده از پارامترهای مارکوف سیستم های چند متغیره است. می دانیم این پارامترها هم در حوزه ی فرکانس و هم در فضای حالت به راحتی قابل محاسبه هستند و بنابراین چارچوب یکسانی را برای حوزه ی فرکانس و حوزه ی زمان فراهم می آورند. همچنین با ارائه ی چند مثال مزیت نتایج جدید در مقایسه با کارهای قبلی نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: توابع تبدیل ماتریسی، توابع تبدیل اکیدا حقیقی مثبت (SPR)، پارامترهای مارکوف سیستم، بسط لورانت
  • سید کمال الدین موسوی مشهدی، حمید یدالهی صفحه 11
    اندازه گیری و کنترل TDS(Total Dissolved Solids) آب، در صنعت، کشاورزی، دامپروری و بهداشت از اهمیت بالایی برخوردار است. سیستم طراحی و ساخته شده در این مقاله، با نصب بر روی دستگاه های تصفیه آب صنعتی و خانگی، TDS آب را اندازه گیری، نمایش و کنترل می نماید. تکنولوژی ساخت سیستم اندازه گیری TDS به گونه ای است که اثر مخرب دما بر اندازه گیری را جبران می کند. همچنین با شرح آزمایش های متعدد انجام شده در پژوهشکده علوم و صنایع غذایی، نحوه کالیبراسیون سیستم اندازه گیری توضیح داده می شود. به منظور کنترل TDS، مدل ریاضی دستگاه های تصفیه آب اسمز معکوس خانگی را با انجام آزمایش های عملی به دست می آوریم. سپس کنترل کننده سیستم را با روش پاسخ نوسانی زیگلر- نیکولز طراحی کرده و مناسب ترین آن را پیاده سازی می کنیم. اجرای عملیات کنترل TDS نیز از طریق کنترل زمان واقعی و پیوسته شیر مخلوط انجام می شود. این شیر با فیلتر ممبران یا RO(Reverse Osmosis)به صورت موازی بسته می شود و با افزودن یا کاستن آب ورودی این فیلتر به آب خروجی آن، اسباب کنترل TDS را فراهم می سازد. سیستم به دست آمده از این پژوهش، ضمن اخذ تاییدیه های علمی از مراجع ذیصلاح، به تولید نیمه صنعتی رسیده است و دارای کاربردهای فراوانی در صنعت می باشد.
    کلیدواژگان: اغتشاش دما، اندازه گیری TDS، کنترل TDS، هدایت الکتریکی، PID
  • محمد اعظم خسروی، حمیدرضا تقی راد صفحه 23
    در این مقاله تحلیل دینامیکی و کنترل مقاوم PIDربات های موازی کابلی که به صورت کامل مقید می باشند، مورد بررسی قرار می گیرد. از آنجا که در این کلاس از ربات هاکابل ها باید در تمامی مانورهای حرکتی خود تحت کشش باشند، کنترل آن ها چالش برانگیزتر از همتایان آن ها با ساختارهای سری و موازی بوده و توسعه نظریه های کنترلی برای این دسته از ربات هاکمتر مورد توجه قرار گرفته و مسائلی از قبیل تحلیل پایداری مقاوم آنان مغفول مانده است.به همین دلیل در این مقاله با در نظر گرفتن نامعینی های ساختار یافته و بدون ساختار در دینامیک و ژاکوبین ربات های موازی کابلی، الگوریتم کنترلی مقاوم بر مبنای کنترل PID پیشنهاد می شود. علاوه بر این به منظور ارضای شرط کششی بودن نیروها در کابل ها از یک ترم اصلاحی بر اساس مفهوم نیروی داخلی در الگوریتم کنترلی پیشنهادی PIDاستفاده می شود. در ادامه تحلیل پایداری مقاوم الگوریتم کنترلی پیشنهادی بر اساس تئوری لیاپانوف انجام شده و نشان داده می شود که با انتخاب مناسب بهره های کنترلی سیستم حلقه بسته پایدار مقاوم است. در پایان با ارائه نتایج عملی حاصل شده از اعمال الگوریتم کنترلی پیشنهادی بر روی یک ربات موازی کابلی صفحه ای، عملکرد الگوریتم کنترلی پیشنهادی مورد ارزیابی قرار می گیرد.
    کلیدواژگان: ربات های موازی کابلی، کنترل PID، نیروی داخلی، تحلیل پایداری، پایداری UUB
  • عبدالحمید بهجت پناه، جعفر حیرانی نوبری، حسین قلی زاده آلاشتی صفحه 35
    در این مقاله روشی جدید برای تعیین موقعیت و وضعیت شی ء نسبت به دستگاه دوربین با استفاده از تصویر آن ارائه شده است. تصویر واقعی که از دوربین در اختیار است از نگاشتی غیرخطی بین جهان سه-بعدی و تصویر دوبعدی حاصل می شود. برخی محققان با خطی فرض کردن این نگاشت تخمین موقعیت و وضعیت را ساده تر کردند ولی از کلیت مساله کاسته و محدودیت هایی بر ابعاد شیء مورد نظر اعمال نمودند. استفاده از نگاشت غیرخطی و دست یابی به روابط هندسی برقرار بین شیء و تصویر آن اگر چه کاری چالش برانگیز و دشوار است ولی دقت کار را بالا برده و محدودیتی بر ابعاد شیء وارد نمی کند. حالتی که یک شیء در برابر دوربین قرار می گیرد بسته به نوع دوران و فاصله اش از محور اصلی دوربین تغییر می کند. در این مقاله برای تعیین شش مولفه موقعیت و وضعیت یک شیء با عکس برداری، دستگاه معادلات غیرخطی با ده معادله و پنج مجهول استخراج شده است. در حل دستگاه معادلات غیرخطی، انتخاب الگوریتمی مناسب که علاوه بر کمینه کردن خطا، زمان کمی نیاز داشته باشد، حائز اهمیت است. با توجه به اینکه در آزمایش عملی مقادیر دقیق نیستند الگوریتمی از نوع بهینه سازی پیشنهاد شده و راهکاری برای انتخاب حدس اولیه پیشنهاد می شود که هم همواره به پاسخ برسد و هم زمان حل مساله را کاهش دهد. درستی معادلات استخراج شده با بدست آوردن شش مولفه ی موقعیت و وضعیت یک تئودولیت از روی تصاویر نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: تعیین موقعیت و وضعیت، مولفه های شیء، روابط حاکم بر دوربین، تعیین ماتریس دوران
  • عقیل عبیری، محمدرضا محزون صفحه 49
    تعیین مناسب شعاع کرنل یکی از پارامترهای بحرانی ردیابی مبتنی بر چگالی کرنل می باشد، که تاکنون راهکار کامل و بی عیبی برای آن بیان نشده است. در این مقاله از یک روش لبه یابی با الگوریتم ردیاب مبتنی بر کرنل برای وفقی سازی شعاع آن استفاده می شود و از ترکیب آن با الگوریتم بازنمونه برداری فیلترذره، به یک الگوریتم ردیابی مقاوم و با دقت دست می یابد. بعد از تخمین چگالی کرنل مناسب، هیستوگرام وزندارشده مدل هدف در فریم اول بدست می آید و با درنظرگرفتن میزان واریانس یک نویز تصادفی در این مکان، موقعیت ذرات کاندید در مرحله بعد پیشگویی می شوند، سپس هیستوگرام وزندارشده این ذرات کاندید با همان چگالی کرنل، به عنوان مدل ذرات کاندید با مدل هدف مقایسه می شوند و توسط فاصله باتاچاریا، ذرات کاندید وزندار می گردند. الگوریتم بازنمونه برداری، موقعیت هدف را در فریم بعدی تخمین می زند. سرانجام شعاع کرنل براساس لبه یابی، بر تغییرات مدل هدف منطبق می شود و مدل هدف نیز در صورت لزوم بطور وفقی بر اساس بهترین مدل ذره شبیه هدف، بروز می گردد.
    کلیدواژگان: بازنمونه برداری، شعاع کرنل، مدل هدف، فیلترذره، هیستوگرام وزندارشده
  • امیر مقتدایی راد، جعفر حیرانی نوبری، امیر علی نیک خواه صفحه 61
    در این مقاله با استفاده از اطلاعات وضعیت بدست آمده از یک ردیاب ستاره، خطای تعیین موقعیت سیستم ناوبری اینرسیبدون سکو (SINS) در مرحله پروازی زیر مداری کاهش داده شده است. در این راستا، ابتدا معادلات خطای موقعیت کانال های مختلف ناوبری اینرسی استخراج شده و سهم خطای هر یک از سنسورهای ناوبری اینرسی در خطای تعیین موقعیت کل بررسی شده است. در ادامه، ناوبری سماوی و بهره گیری از ردیاب ستاره در تعیین وضعیت و موقعیت در دستگاه های مختصات مختلف مورد توجه قرار گرفته است. سپس معادلات جدید ناوبری اینرسی با بهره گیری از وضعیت بدست آمده از ردیاب ستاره استخراج شده اند. بر اساس معادلات جدید، وضعیت و موقعیت در دستگاه ناوبری و اینرسی مجددا مورد محاسبه قرارگرفته و طی مقایسه ای با جواب های بدست آمده از ناوبری اینرسی، کاهش چشمگیر خطا به خصوص برای کانال ارتفاع نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: ناوبری اینرسی، ناوبری سماوی، ردیاب ستاره، تعیین موقعیت و وضعیت، خطای ناوبری، آنالیز خطا
|
  • Mojtaba Hakimi Moghaddam, Hamid Khaloozadeh Page 1
    Nowadays almost in the all branches of control even intelligent control strictly positive real transfer functions are used to stabilize closed loop control systems. These transfer functions in a closed loop control system can help to generate a lyapunov function for guarantee the stability of closed loop system. Nevertheless, the necessary and sufficient conditions for strictly positive real transfer function matrices have been different in the literature for many years. Recently, it is shown that there are inconsistencies between definition and theorems of strict positive realness. In this paper, we present and prove an important difference between positive real and strictly positive real transfer function matrices. Moreover, we introduce more complete and simpler necessary and sufficient conditions for strictly positive real transfer function matrices. An important advantage of present work is usage of Markov parameters of multivariable systems. We know these parameters are easily calculated in both frequency and time domains, so using these parameters can make a similar framework in both frequency and time domains. Presenting some examples, we show the advantages of our new results in comparison to before works.
    Keywords: Matrix Transfer Functions, Strictly Positive Real (SPR) Transfer Functions, Markov Parameter of Systems, Laurent Series Expansion
  • Seyed Kamale., Ddin Mousavi Mashhadi, Hamid Yadollahi Page 11
    Measurement and control of TDS (Total Dissolved Solids) of water has significant importance for industry, agriculture, livestock and health. The system designed and manufactured in this paper measures, displays and controls TDS of water by installing on domestic and industrial purification systems. Technology of manufacturing TDS measurement system is such that it can compensate for the adverse effect of temperature on measurement. Meanwhile, calibration of the measurement system will be explained by discussing several examinations conducted in Research Institute for Food Science and Technology. In order to control TDS, mathematical model for domestic water purification devices of reverse osmosis (RO) is obtained by running practical experiments. Then, system controller is designed by Ziegler-Nichols oscillation method with the most appropriate controller being implemented. Operation of controlling TDS is done through real time and continuous controlling of a mix valve. This valve is closed parallel with a membrane filter or RO, so one can control TDS by adding or reducing inlet water into outlet water of this filter. The system developed by this research is produced in pilot by receiving scientific approvals from relevant authorities and has found numerous applications in industry.
    Keywords: temperature turbulence, TDS measurement, TDS control, electrical conductivity, PID
  • Mohammad A. Khosravi, Hamid D. Taghirad Page 23
    In this paper dynamic analysis and robust PID control of fully-constrained parallel cable driven manipulators are studied in detail. Since in this class of manipulators, cables should remain in tension for all maneuvers in their workspace, feedback control of such robots becomes more challenging than that of conventional parallel robots and research on this topic especially on robust stability analysis is limited. In this paper, structured and unstructured uncertainties are considered in the dynamic model and Jacobian of therobot, and a robust PID controller is proposed for the cable driven parallel robot. To ensure that all the cables are in tension, a corrective term is used in the proposed PID control based on the internal force concept. Then, robust stability of the closed-loop system is analysed through Lyapunov’s second method and it is shown that by suitable selection of the controller gains, the closed-loop system would be robustly stable. Finally, the effectiveness of the proposed PID algorithm is examined through experiments on a planar cable driven robot and it is shown that the proposed control structure is able to provide suitable performance in practice.
    Keywords: Parallel cable robots, PID control, Internal force, Stability analysis, UUB stability
  • Mahdieh Hosseingholizadeh Alashti Page 35
    In this paper, a new method for determining the position and orientation of the object in respect to the camera coordinate using the image is presented. True picture of the camera is obtained by a nonlinear mapping between the three-dimensional world and two-dimensional image. Some researchers assumed linear mapping to make approximation of position and orientation easier, but restrictions were imposed on the object size. Also the use of nonlinear mapping and geometric relationships between object and its image is so challenging and difficult task, but increase the accuracy and do not raises the limit on the size of the object. The case in which an object is placed in front of the camera can become different according to the orientation type and its distance from the main axis of the camera. In this paper, to determine 6DOF position and orientation of an object using its image, a system of nonlinear equations with ten equations and 5 unknowns is extracted. In solving nonlinear equations, it is important to choose an appropriate algorithm to minimize the error and needs little time. With regard to the non-exact values in practical test, the kind of optimization algorithm is proposed and. Then a way for selecting initial guess is proposed to always have a solution and reduce the run time. Accuracy of extracted equations is shown by determining 6 DOF position and orientation of one theodolite.
    Keywords: Position, orientation determining, object coordinates, camera mathematical, geometrical equation, determining orientation matrix
  • Aghil Abiri, Mohammad Reza Mahzoun Page 49
    In this paper, we perform adaptive radius of the kernel by an edge detection method with tracking algorithm based on kernel density and provides a robust tracking algorithm, in combination with the resampling particle filter algorithm. In the first frame, by suitable kernel density estimation, is obtained the weighted histogram of the target model and by adding random noise variance at this place, are predicted the position of candidate particles in the next step. The weighted histogram of this candidate particles are compared with the same density kernel by the target model and are weighted the candidate particles by Bhattacharyya distance. The resampling algorithm, estimates the target position in the next frame. Finally, radius of the kernel is consistent with the target model changes. If needed, the target model is updated according to the best model of particle similar to the target model, adaptively.
    Keywords: Resampling, Kernel Radius, Target Model, Particle Filter, Weighted Histogram
  • Amir Moghtadaei Rad, Jafar Heyrani Nobari, Amir Ali Nikkhah Page 61
    In this paper, using the information obtained in the star tracker, strap down inertial navigation system positioning error in suborbital flight is reduced. In this regard, the position error equations of different channel in inertial navigation are modeled and error share of each sensor in position and attitude determination drifts are investigated. In continue celestial navigation and utilizing star tracker in attitude determination and positioning on different frames are considered. Then new equation of inertial navigation aiding by attitude determined with star tracker are introduced. According to the newequations, attitude and position in navigation and inertial frame were calculated again and comparing with the parameters obtained by inertial navigation, considerable reducing position error, especially in the height channel, is shown.
    Keywords: Inertial navigation, Celestial Navigation, Star Tracker, Attitude Determination, Navigation Error, Error Analysis