فهرست مطالب

مجله کنترل
سال نهم شماره 3 (پاییز 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/08/23
  • تعداد عناوین: 6
|
  • وحید بهرامی*، محمد منثوری، محمد تشنه لب صفحات 1-18
    این پژوهش، به ارائه ساختار کنترلی جدیدی با عنوان کنترل کننده فازی مدل مرجع بر پایه فیدبک حالت با کنترل انتگرال اختصاص یافته است. اگرچه یکی از روش های کنترلی مناسب استفاده از روش فیدبک حالت می باشد اما، این روش دارای دو مشکل اساسی است. نخست اینکه این روش دارای عملکرد نامناسبی در حضور اغتشاشات می باشد که برای چیره شدن بر این مشکل، استفاده از کنترل انتگرال به همراه فیدبک حالت می تواند روش موثری واقع گردد. کنترل کننده کلاسیک فیدبک حالت با کنترل انتگرال، روشی موثر جهت کنترل سیستم های خطی و یا سیستم های با پیچیدگی کمتر می باشد که این مورد نیز به عنوان مشکل دیگر روش فیدبک حالت مطرح می شود. از آنجایی که بسیاری از سیستم های تحت کنترل، غیرخطی و در معرض عدم قطعیت می باشند، بنابراین استفاده از روش های کنترلی که بتواند برای کنترل این گونه از سیستم ها مثمر ثمر باشد، ضروری است. به همین دلیل در این مقاله، کنترل کننده جدید فازی مدل مرجع بر پایه فیدبک حالت با کنترل انتگرال پیشنهاد می شود. در روش کنترلی پیشنهادی، در ابتدا سیستم غیرخطی تحت کنترل با استفاده از سیستم فازی تاکاگی- سوگنو مدل می شود و سپس روش کنترلی پیشنهادی بحث می-گردد. کنترل کننده ارائه شده، به کلاس گسترده ای از سیستم های غیرخطی در معرض اغتشاش قابل اعمال می باشد. نتایج شبیه سازی که برای کنترل سیستم های غیرخطی پاندول معکوس، تعلیق مغناطیسی و مدار چوآ به کار گرفته شده اند، دقت بالا و عملکرد مناسب کنترل کننده ارائه شده را تصدیق می کند.
    کلیدواژگان: کنترل فیدبک حالت، کنترل انتگرال، کنترل کننده فازی مدل مرجع، اغتشاش
  • قاسم صادقی بجستانی*، علی شیخانی، سید محمدرضا هاشمی گلپایگانی، فرح اشرف زاده، پریا حبرانی صفحات 19-36
    در اغلب فرایندهای روانی-زیستی، درجه بالایی از رفتارهای غیر خطی و دینامیکهای پیچیده، ثبت و گزارش شده اند که برخاسته از تعاملات میان تعداد بسیار زیادی از زیر سیستمها و فرایندها – با رفتارهای بعضا ناشناخته – هستند. قطع پوآنکاره یکی از ابزارهای مهم است که در تحلیل این دسته از سیستم ها و حتی کنترل سیستم های غیرخطی از جمله سیستم های آشوب گونه و دارای عدم قطعیت استفاده می شود. با وجود اینکه مدت زیادی از مطرح شدن قطع پوآنکاره میگذرد، اما هنوز مراحل مختلف آن به صورت هنری و هیوریستیک انجام می شود. هنوز ، امکان آموزش ماشین بر اساس قطع پوآنکاره وجود ندارد و علت نیز ساخت یافته نبودن روش اعمال آن و مشکلاتی از قبیل نامعین بودن ساختار و پارامترهای مدلی است که بتوان به طور عام به این روش نسبت داد. در این مقاله ابتدا مراحل مدلسازی با استفاده از قطع پوآنکاره را تبیین شده، سپس با تکیه بر رخدادهای به وقوع پیوسته مفهوم اطلاعات و نسبی نگری، با استفاده از قطع پوآنکاره و نگرش اطلاعاتی به تشخیص تغییرات الگوی مغزی در کودکان مبتلا به اختلال اتیسم خواهیم پرداخت. اختلالات طیف اتیسم ([1]ASD) شرایطی از تکامل عصبی است که با نقص در ارتباطات و تعاملات اجتماعی و وجود الگوهای تکراری در رفتار، علایق و فعالیت ها شناخته می شود که به اختصار اتیسم نامیده می شود[1] و علت توجه به اختلال اتیسم نیز اعتقاد ما بر اطلاعاتی بودن منشاء این اختلال است به عبارت دیگر مشکل اصلی در اختلال طیف اتیسم ناشی از شبکه های ارتباطی موجود در مغز است که با گذشت زمان می تواند منجر به مشکلات ثانویه گردد. در این تحقیق نوع جدیدی از بازنمایی به نام بازنمایی مکمل توسعه یافته معرفی شده است. خصوصیت اصلی این بازنمایی توجه ویژه به فاز سیگنال به عنوان اطلاعات نهفته در سیگنال و بی تاثیر بودن انرژی در آن است. کلیه مفاهیم جدید معرفی شده برروی سیگنال الکتروانسفالوگرافی کودکان مبتلا به اختلال اتیسم پیاده سازی شده است. ثبت سیگنال الکتروانسفالوگرافی در کودکان مبتلا به اختلال اتیسم همواره یکی از مشکلات اصلی متخصصان است و پیاده سازی های مقاله برروی 45 مورد شامل 30 نفر کودک اتیسمی و 15 نفر کودک سالم در رنج سنی 3 تا 10 سال، در سه وضعیت حین خواب، ثبت چشم باز و ثبت جدیدی مبتنی بر دینامیک مغز انجام شده است که ثبت نوع سوم بر اساس پرتکل پیشنهادی توسط نویسندگان است و مشکلات ثبتهای دیگر برای این کودکان را ندارد. نتایج بدست آمده حاکی از حضور الگوی دینامیکی مشترک در اختلال اتیسم است که کاملا متفاوت با دینامیک سالم میباشد. این تغییر الگو در قالب 16 ویژگی کیفی جدید، معرفی شده است که این ویژگی ها به انرژی سیگنال الکتروانسفالوگرافی وابسته نمی باشند بلکه به چیدمان نقاط قطع بر مقطع پوآنکاره (که آن را رخداد مینامیم) بستگی دارند.
    کلیدواژگان: اطلاعات، سیبرنتیک، قطع پوآنکاره، الکتروانسفالوگراف، اختلال طیف اتیسم، بازنمایی فضای فاز، نمودار مکمل گسترش یافته
  • صفا خاری، زهرا رحمانی چراتی، بهروز رضایی، سید جلیل ساداتی صفحات 37-50
    در این مقاله کنترل کننده مد لغزشی ترمینال انتگرالی هوشمند با یک سطح لغزشی جدید مبتنی بر سیستم استنتاج فازی- عصبی تطبیقی، برای کنترل آشوب پیشنهاد می گردد. ابتدا برای یک کلاس از سیستم های دارای آشوب با نامعینی و اغتشاش یک کنترل کننده مبتنی بر کنترل مد لغزشی ترمینال بر اساس تئوری لیاپانوف با یک سطح لغزش جدید طراحی می گردد. سطح لغزش پیشنهادشده در این روش، ترکیبی از سطح لغزش مد لغزشی ترمینال متداول و انتگرال تابعی غیرخطی از حالات سیستم است و هدف از انتخاب آن، داشتن سرعت پاسخ مناسب و رفع چترینگ در کنار مقاومت در برابر اغتشاشات خارجی است. سپس با فرض این که قسمتی از دینامیک سیستم نامعلوم باشد و فقط بخشی از اطلاعات ورودی- خروجی آن در دسترس است، از سیستم استنتاج فازی- عصبی تطبیقی برای تقریب دینامیک نامعلوم سیستم براساس داده های ورودی- خروجی استفاده می گردد. به منظور بهبود عملکرد روش پیشنهادی، از الگوریتم زنبور عسل جهت انتخاب ضرایب کنترل کننده مد لغزشی ترمینال انتگرالی استفاده می گردد. نتایج شبیه سازی نشان دهنده کارایی این کنترل کننده از لحاظ سرعت مناسب، حذف چترینگ، پاسخ گذرای مطلوب و عملکرد قابل قبول در مواجهه با عدم قطعیت های موجود در مدل سیستم می باشد.
    کلیدواژگان: آشوب، کنترل مد لغزشی ترمینال انتگرالی، سیستم استنتاج فازی، عصبی تطبیقی، الگوریتم زنبور، چترینگ
  • مصطفی عابدی، سید سعید نصراللهی صفحات 51-67
    هدف از این مقاله طراحی یک زیرسیستم تعیین وضعیت تحمل پذیر عیب برای یک ماهواره سه محوره می باشد. برای این منظور فرض شده است که تنها داده های حسگرهای خورشید و میدان مغناطیسی در دسترس هستند. با استفاده از الگوریتم طراحی شده می خواهیم یک عملیات پیوسته و مطمئن را برای محاسبه زوایای اویلر علی رغم رخداد عیب در حسگرهای فوق داشته باشیم. به عبارت دیگر دارای قابلیت تعیین حسگر معیوب و حذف خودکار داده های معیوب از فرایند تعیین وضعیت را داشته باشد. راه حل پیشنهادی در این مقاله یک راهکار مستقل از مدل نوین می یاشد که بر مبنای استخراج کلیه دوران های ممکن بین دستگاه های مختصات مداری و بدنه ماهواره می باشد. با محاسبه واریانس های حاصل از این دوران ها و دسته بندی مناسب آنها نشان داده می شود که نه تنها حسگر معیوب بلکه عوامل ایجاد عیب تا چهار سطح قابل تشخیص هستند. هر سطح معرف درصدی از میزان گستردگی عیب رخ داده می باشد. علاوه بر این قابلیت اصلاح اثر عوامل ایجاد عیب در فرایند محاسبه زوایا منظور شده است. بنابراین پیشنهاد فوق یک روش مستقل از مدل را برای مدیریت عیب ارائه می دهد که تحت تاثیر تغییرات دینامیکی و یا عملکرد نادرست عملگرها قرار نمی گیرد و هیچ گونه سخت افزار افزونه را تحمیل نخواهد کرد. در انتهای مقاله با انجام شبیه سازی، عملکرد راهکار پیشنهادی برای سناریوهای مختلف رخداد عیب صحت سنجی می گردد. نتایج بدست آمده خروجی های قابل انتظار از الگوریتم را تایید می نمایند.
    کلیدواژگان: ماهواره سه محوره، تعیین وضعیت، تحمل پذیر عیب، آشکارسازی عیب، جداسازی عیب، اصلاح عیب
  • محمدرضا عابدینی، مصطفی عابدی* صفحات 69-85
    هدف از این مقاله ارائه یک الگوریتم کنترل ردیابی وضعیت مقاوم برای ماهواره صلب در حضور اغتشاشات محیطی و رخداد عیب در عملگرها می باشد. در این راستا فرض می گردد که لختی دورانی ماهواره و حد بالای اغتشاشات نامعلوم هستند. همچنین هیچ اطلاعی از نوع عیب حادث شده وجود ندارد. راه حل ارائه شده ساختار جدیدی را ارائه می دهد که در آن پارامترهای نامعلوم و قسمت ثابت و یا با تغییر آهسته اغتشاشات، شامل اغتشاشات محیطی و اغتشاش ناشی از عیب عملگرها، توسط قانون به روز رسانی تطبیقی به دست آورده می شوند و قسمت متغیر با زمان اغتشاشات از طریق کنترل لغزشی جبران می گردند. قانون کنترل پیشنهاد شده دارای مشکل چرخش[1] و تکینگی نمی باشد و نسبت به زمان پیوسته است. همچنین مسئله عدم دارا بودن نقطه تعادل ناپایدار و اثرپذیری از دوگانگی در نمایش وضعیت (توسط کواترنیون ها) در آن حل گردیده است. جهت توسعه این الگوریتم، یک سناریوی سه مرحله ای ارائه گردیده است که در طی آن لختی دورانی ماهواره و حد بالای اغتشاشات و لذا حدود آستانه رخداد عیب به دست آورده می شوند. این الگوریتم همچنین دارای قابلیت تعیین عملگر معیوب نیز می باشد. طراحی این قابلیت بگونه ای خواهد بود که بتوان میزان رخداد عیب در چرخ ها را مشخص نمود و بر اساس آن راهکار مناسب برای جبران عیب انتخاب گردد. در این مقاله، پایداری کلیه الگوریتم های طراحی شده اثبات شده است. در انتها نیز سناریوهای شبیه سازی مختلف برای ارزیابی الگوریتم ها ارائه گردیده اند. نتایج این شبیه سازی ها صحت عملکرد آنها را به تایید می رسانند.
    کلیدواژگان: کنترل ردیابی وضعیت ماهواره، کنترل تطبیقی، لغزشی، پدیده چرخش، تکینگی، تشخیص عیب
  • امید نیکویی زاده، امیر امینی، مهدی سجودی* صفحات 87-99
    در این پژوهش با استفاده از کنترل گر بازخورد خروجی پویا و مرتبه ثابت، الگوریتم توافق جمعی وابسته به تاخیر نوینی به منظور حل مسئله ی توافق جمعی در سامانه های چندعاملی خطی و دارای تاخیر های ورودی و ارتباطی متغیر با زمان در قالب نامساوی های ماتریسی خطی ارائه گردیده است. در طرح پیشنهادی، هر عامل، خود را بر اساس اطلاعات خروجی خود و همسایه ها بهنگام می کند و لذا از این منظر، طراحی کنترل گر نامتمرکز می باشد. جهت تضمین توافق جمعی، ابتدا مبتنی بر قضیه ی گراف و با تبدیل های مناسب سامانه، مسئله ی توافق جمعی به مسئله ی پایداری یک سامانه ی خطی دارای تاخیر در حالت تبدیل می شود. سپس با در نظر گرفتن یک تابع لیاپانوف-کراسوفسکی مناسب و اعمال شرایطی خاص برای ماتریس های مثبت معین و متقارن آن، معیارهای توافق جمعی وابسته به تاخیر و ضرایب مجهول کنترل گر در قالب نامساوی های ماتریسی خطی برای سامانه با توپولوژی ارتباطی ثابت بدست می آیند که با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی محدب کارآمد موجود قابل حل می باشند. یک ویژگی مهم رویکرد پیشنهادی، انتخاب دلخواه مرتبه ی کنترل گرها بر طبق شرایط و محدودیت های سامانه است. در نهایت، یک مثال عددی برای نشان دادن قابلیت اعمال روش و اثربخشی و بهبود صورت پذیرفته در مقایسه با کارهای پیشین آورده شده است.
    کلیدواژگان: سامانه ی چندعاملی، توافق جمعی، بازخورد خروجی پویا، تاخیر زمانی، نامساوی ماتریسی خطی
|
  • Vahid Bahrami *, Mohammad Mansouri, Mohammad Teshnehlab Pages 1-18
    This study intends to investigate a new control structure using a model reference fuzzy controller based on state feedback integral control. Motivated by the fact that most of the controlled systems are nonlinear and subject to uncertainty. Hence, designing control structures which can satisfy these cases is essential. The state feedback control is one of the control methods however this method does not show an appropriate performance when the non-zero disturbance is applied to the system. To cope with the mentioned drawback, using an integral control with state feedback would be an effective way. The classic state feedback integral control is considered as a beneficial way to control of linear or weakly nonlinear systems. For this reason, this paper concerns state feedback integral control using a model reference fuzzy controller. At the first stage of designed control approach, the nonlinear system is modeled by T-S fuzzy. At the second stage, control method is discussed. The proposed controller is applicable to a broad class of nonlinear systems subject to non-zero disturbance. The simulation results applied to control of inverted pendulum, magnetic levitation and Chua's circuit systems, verify the high control accuracy and appropriate performance of the proposed controller.
    Keywords: State feedback control, Integral control, Model reference fuzzy controller, non, zero Disturbance
  • Sadeghi Sadeghi Bajestani *, Ali Sheykhani, Seyed Mohammad Reza Hashemi, Farah Ashrafzadeh, Paria Hebrani Pages 19-36
    I most psycho-biological processes, great deal of nonlinear and dynamically complex behaviors are recorded which arise from interactions among numerous subsystems and processes –mostly with unknown behaviors-. Poincare section is one of the tools used not only for analysis of these systems, but also to control nonlinear systems; chaotic and uncertain. Albeit it has been long ago before introduction of Poincare section, but yet its stages are carried out artistically and heuristically.
    Yet, it is not possible to “machine learn” based on Poincare section due to unstructured implementation method and problems like uncertain structures and modeling parameters. In this paper, first, modeling -using Poincare section- is explained, then based on the occurred events and the concepts “information” and “relativism”, variations in brain pattern of Autistic children will be diagnosed using Poincare section and informative approach.
    Autism spectrum disorder is a revolutionary stage of brain diagnosed by deficiency in communications and social interactions as well as repetitive patterns in behavior, favorites and activities, called Autism in short. Autism in our point of view has an informative essence, in other words the main problem in Autism spectrum disorder origins from communication networks in brain that can lead to secondary problems over time. Is this paper, a new representations called “developed complementary representation” is introduced.
    The most important characteristic of this representation is its special attention to signal phase as latent information in signal and effortlessness of energy. All the newly introduced concepts are implemented on electroencephalograph signal of Autistic children which has always been cumbersome to be recorded. This paper has focused on 45 case including 30 Autistic children and 15 healthy ranging from 3-10 years in three different stages; asleep, opened eyes and a state-of-art recording procedure based on brain dynamics and the proposed protocol presented by authors which is destitute of well-known problems of other recording procedures. Results show the presence of a common dynamic pattern in Autistic cased which is entirely different from healthy cases. This pattern variation is introduced in 16 different characteristics which are not related to electroencephalograph’s energy but to arrangement of section point on Poincare section (called “event”).
    Keywords: Information, Cybernetic, Poincare Section, Electroencephalogram, Autism Spectrum Disorder, Phase Space Reconstruction, Extended Complementary Plot
  • Safa Khari, Dr. Zahra Rahmani Cherati, Dr. Behooz Rezaie, Dr. Seid Jalil Sadati Pages 37-50
    In this paper, an intelligent integral terminal sliding mode control method with a new sliding surface is proposed based on adaptive neural-fuzzy inference. First, a terminal sliding mode controller using a novel sliding surface is designed based on Lyapunov’s stability theorem for controlling a class of chaotic systems in presence of uncertainty and disturbance. The proposed sliding surface is a combination of the conventional terminal sliding surface and integral of a nonlinear function of the states of the system. The purpose of choosing this surface includes achieving appropriate response speed, removing chattering and robustness against external disturbance. Then, we assume that a nonlinear part of the system is unknown and only input-output data is available. Therefore, an adaptive neuro-fuzzy inference system is used to approximate the unknown part of the system dynamics. Finally, in order to enhance the performance of the proposed method, the honey bee algorithm is utilizd for selecting the coefficients of integral terminal sliding mode controller. The simulation results show the effectiveness of the controller due to the improved speed, removed chattering, appropriate transient response and satisfactory performance in the presence of uncertainties in the system model.
    Keywords: Chaos, Terminal sliding mode controller, Adaptive neuro, fuzzy inference system, Honey bee algorithm, Chattering
  • Dr Mostafa Abedi *, Seyed Saeed Nasrolahi Pages 51-67
    A fault tolerant attitude determination system for a three axis satellite has been suggested in this paper. For this purpose, the sun sensor and magnetometer data are only available. Using the designed algorithm, it is expected to have a reliable and continues process for computing the Euler angles. In other words, the faulty sensors should be determined and their faulty data are corrected automatically. The solution presented in this paper is a non-model based method that is based on on derivation of all possible rotations between reference and body frames. Using the Euler angles provided by these rotations, some variance measures are computed which utilized as an analytical tool for fault detection. With the development of this idea, it is shown that not only the faulty sensors but also their fault sources could be isolated. These sources are categorized into four levels that each level shows the fault extent. This paper also suggests some solutions for correcting the fault effects. So, the proposed approach is a non-model based methodology for fault management that is not affected by the dynamic variations or the uncorrect performance of the actuators. This suggestion also does not impose any additional hardware. Finally, the presented algorithms are validated using the simulations in different scenarios. The numerical results verify the expected outputs.
    Keywords: Three axis satellite, attitude determination, fault tolerant, fault detection, fault isolation, fault correction
  • Mohammadreza Abedini, Mostafa Abedi * Pages 69-85
    A robust attitude tracking control algorithm is suggested in this paper in the presence of environmental disturbances and fault occurrence in the actuators. For this, it is assumed that the moments of inertia and the upper bounds of disturbances are unknown. Also, there is no data about the fault type. The presented solution is a novel idea in which the unknown parameters and the constant or slow changing disturbances (including the environmental effects and the actuators faults) are obtained using the adaptive updating law. The variable part of disturbances is compensated by the sliding mode control. The suggested control algorithm is continuous and has no unwinding and singularity problems. Also, the unstable equilibrium point and the ambiguity problem in the display of attitude determination outputs (the quaternions) have been solved. To develop this methodology, a three stages scenario is presented to calculate the satellite moment of inertia, the disturbances and the fault detection thresholds. This algorithm can also determine the faulty actuator. Using this feature, the fault extent in the wheels are determined and based on, the suitable correction actions are selected. In this paper, the stability of all designed algorithms is proved. At the end, different simulations are conducted to validate the algorithms. The results of these simulations verify the expected performance.
    Keywords: Attitude tracking control of satellite, adaptive, sliding control, unwinding problem, singularity, fault detection
  • Omid Nikouei Zadeh, Amir Amini, Mahdi Sojoodi * Pages 87-99
    This paper presents a novel delay-dependent consensus algorithm within the linear matrix inequality (LMI) framework to solve consensus problem of linear multi-agent systems with time-varying communication and input delays using fixed-order dynamic output feedback controller. The proposed scheme is decentralized in the sense that each agent updates its state according to the output information of itself and its neighbors. To guarantee consensus in this method, first based on graph theory and by proper system transformations, the consensus problem is converted to the stability problem of an equivalent state-delayed linear system. Then, by considering a suitable Lyapunov-Krasovskii function and applying special conditions on symmetric positive definite matrices, new delay-dependent consensus criteria in LMI form and the unknown controller coefficients are obtained for the system under fixed interconnection topology which can be easily solved by various effective optimization algorithms. As a main feature of the proposed approach, the order of decentralized controllers can be chosen arbitrarily according to the system conditions and limitations. Finally, a numerical example is presented to show the applicability and effectiveness of the proposed method.
    Keywords: Multi, Agent System, Consensus, Dynamic Output Feedback, Time Delay, Linear Matrix Inequality (LMI)