data-driven control
در نشریات گروه برق-
این مقاله یک ساختار بهبود یافته برای کنترل تطبیقی بدون مدل مبتنی بر پدیده کوانتیزاسیون داده ها را بر پایه شبکه عصبی GMDH (روش گروهی پردازش داده ها) بنا شده است. در این مطالعه، به منظور غلبه بر اثرات مخرب کوانتیزاسیون بر روی داده های سیستم، داده های کوانتیزه شده سیستم مورد مطالعه ابتدا به بلوک شبکه عصبی منتقل شده، سپس شبکه عصبی با تکیه بر قابلیت پیش بینی، داده های خروجی واقعی سیستم مورد مطالعه را تخمین می زند. در ادامه داده های تخمین زده شده توسط شبکه عصبی، جهت تولید سیگنال کنترلی به بلوک کنترل کننده تطبیقی بدون مدل منتقل می شوند. به این ترتیب کنترل کننده تطبیقی بدون مدل با در دست داشتن داده های واقعی خروجی و تنها با محاسبه یک رابطه بازگشتی ساده، سیگنال کنترلی مطلوب را تولید خواهد کرد. سپس سیگنال کنترلی تولید شده توسط این کنترل کننده، به منظور برآورده سازی هدف کنترلی، به سیستم مورد مطالعه اعمال خواهد شد. پایداری ساختار کنترلی پیشنهاد شده در این پایان نامه توسط نظریه لیاپانوف بررسی شده است. نتایج شبیه سازی نیز برتری ساختار کنترلی پیشنهاد شده در این پایان نامه را نسبت به کنترل کننده تطبیقی بدون مدل مرسوم در حضور داده های کوانتیزه شده نشان می دهد.
کلید واژگان: کنترل داده محور، کنترل تطبیقی بدون مدل، شبکه عصبی مصنوعی، کوانتیزاسیون داده هاThis paper proposes an Enhanced Data-Driven Quantized Model-Free Adaptive Control (EDD-QMFAC) structure for a class of unknown nonlinear systems based on the Group Method of Data Handling (GMDH) neural network. In this study, the output quantized data is given to the GMDH block to overcome the data quantization challenges in Data-Driven Control methods. In the proposed control loop the GMDH derives a model to estimate the actual output of the system from the quantized output data based on the predictive feature of this network. The controller then generates the input control signal based on the system’s estimated actual output data. The Lyapunov theory is used to prove the stability of the suggested structure. The simulation results demonstrate the advantages of the proposed control structure over the conventional QMFAC.
Keywords: Data-Driven Control, MFAC Method, GMDH Neural Network, Data Quantization -
کنترل پیش بین مدل داده محور مستقیم برای سیستم های خطی پارامتر متغیر چندوجهی در حضور نویز اندازه گیری
در این مقاله، کنترل کننده پیش بین مدل داده محور برای سیستم های خطی پارامترمتغیر توسعه داده شده است. کنترل کننده های مدل-مبنا، به طور قابل توجهی وابسته به دقت مدل هستند. در مقابل، روش های داده محور یا جایگزین مدل شده یا اطلاعات دینامیکی آن را در طراحی وارد می کنند. در این مقاله، از رویکرد مستقیم در روش های داده محور برای مراحل مختلف طراحی کنترل کننده، منجمله پیش بینی رفتار آینده، استفاده می شود که در سال های اخیر توجه زیادی به آن جلب شده است. علاوه بر آن، با استفاده از یک چارچوب طراحی شده از قبل برای رویکرد پیشنهادی، ضمانت های پایداری و بازگشت پذیری آن به عنوان اولین نوآوری این تحقیق ارائه شده است. در ادامه، چارچوب مبنای روش کنترل کننده پیش بین مدل داده محور مستقیم برای سیستم های LPV، توسعه داده شده است. صورت توسعه یافته جدید، با هدف توانمندسازی کنترل کننده در مقابله با نویز اندازه گیری، به عنوان نوآوری بعدی مقاله معرفی شده است. به منظور بررسی عملکرد روش پیشنهادی، شبیه سازی برروی موتور جریان مستقیم انجام شده است. نتایج شبیه سازی، نشان دهنده کارآمدی رویکرد ارائه شده در مقایسه با روش های مشابه است که اخیرا در مقالات گزارش شده اند.
کلید واژگان: کنترل پیش بین مدل، کنترل داده محور، سیستم خطی پارامترمتغیر، نویز اندازه گیریIn this paper, an extension for Data-Driven Model Predictive Control for Linear Parameter Varying systems is presented. Model-based controllers are highly dependent on model precision. On the other hand, data-driven methods are either replaced with the model or import its dynamic data into the design. Throughout this paper, direct data-driven approaches, which have gained considerable attention in recent years, are used in designing different parts of the controller, including future predictions. In addition, the stability and recursive feasibility guarantees are presented as the first novelty of this research with respect to a prior platform for data-driven approach. Furthermore, the base platform of direct DD-MPC for LPV systems is extended. The new developed form with the goal of robustness against measurement noise is defined as the next novelty of this paper. In order to check the performance of the proposed method, simulations on DC motor are applied. The results show effectiveness of the proposed approach as compared with similar approaches reported in the literature.
Keywords: Model Predictive Control, Data-Driven Control, Linear Parameter Varying System, Measurement Noise -
حلقه های کنترل پسخور مکانیزم هایی پنهان ولی فراگیر در دنیای مدرن امروز هستند. تکنولوژی کنترل کنونی از رویکرد طراحی سیستم های کنترل پیشرفته مبتنی بر مدل استفاده می کند. تفکر فلسفی پشت این نوع طراحی ها رویکرد مکانیکی-حداقل گرا مبتنی بر استقرا دارد. با وجود دستاوردهای برجسته رویکرد مبتنی بر مدل در حل مسائل، این گونه ادعا می شود که سیستم های کنترل مبتنی بر داده با رویکرد فلسفی مبتنی بر استنتاج اخیرا مورد توجه قرار گرفته است. کنترل ابطال ناپذیر به عنوان یک نتیجه قابل توجه از این تفکر فلسفی، در این مقاله مورد بررسی قرار می گیرد.
کلید واژگان: کنترل مبتنی بر مدل، کنترل مبتنی بر داده، فلسفه ابطال پذیری، کنترل ابطال ناپذیرFeedback control loops are hidden but ubiquitous mechanisms all around the modern world. The current control technology utilizes model-based advanced control systems design. The philosophical background thought behind such designs is an inductivism-based reductionist-mechanistic approach. Despite its outstanding problem-solving achievements, it is argued that a deduction-based philosophical approach in the form of data-driven control system design has emerged. Unfalsified control is a notable outcome of philosophical thinking and is briefly reviewed.
Keywords: Model-Based Control, Data-Driven Control, Falsification Philosophy, Unfalsified Control -
برخی از مهندسان و پژوهشگران حوزه علم مهندسی کنترل در دو دهه اخیر به روش های تحلیل و طراحی سیستم های کنترل داده راند رو آورده اند. ویژگی اصلی روش های تحلیل و طراحی سیستم های کنترل داده راند پشت سر گذاشتن مدل و فرضیات وابسته به آن است. این رویکردها با اتکا بر وفور داده های ارزان و قابل اطمینان در سیستم های پیچیده و پیچیده تطبیقی واقعی، به دنبال روش هایی هستند که بتوان سیستم را تنها با داده های اندازه گیری شده و بدون استفاده صریح یا ضمنی از مدل، تحلیل و کنترل کرد. در این مقاله، پس از ارایه کلیات رویکرد طراحی سیستم های کنترل مدل پایه و به ویژه روش های طراحی سیستم های کنترل تطبیقی و مقاوم، اصول رویکرد طراحی سیستم های کنترل داده راند ارایه شده است. در بررسی روش های طراحی سیستم های کنترل داده راند، آن ها را به روش های مبتنی بر یادگیری ماشین و محاسبات نرم و هم چنین روش های مبتنی بر روش های سنتی تحلیل و طراحی سیستم های کنترل، که به اختصار روش های کلاسیک نامیده شده اند، تقسیم بندی کرده ایم. در این مقاله، پس از مروری سریع بر روش های مبتنی بر یادگیری ماشین و محاسبات نرم، روش های کلاسیک این حوزه با تفصیل بیش تری ارایه شده اند.
کلید واژگان: کنترل داده راند، طراحی سیستم، روش های کلاسیک، یادگیری ماشین، کنترل مدل پایهOver the past two decades, an increasing number of engineers and researchers in the field of control engineering have shifted their focus towards data-driven methods for system analysis and design. The defining characteristic of these data-driven approaches is their departure from conventional models and their associated assumptions. Instead, these methods harness the wealth of readily available, cost-effective, and reliable data derived from real, complex, and complex adaptive systems. Their primary objective is to facilitate system analysis and control solely through measured data, without relying on explicit or implicit model utilization. In this article, we commence by presenting an overview of the design principles embedded in model-based control systems, with a specific emphasis on adaptive and robust control system design methods. Subsequently, we delve into the fundamental principles of data-driven control system design. To comprehensively examine these data-driven methods, we categorize them into two groups: those grounded in machine learning and soft computing, and those based on traditional control systems analysis and design methods, often referred to as classical methods. Within this article, we initiate with a concise review of machine learning and soft computing-based methods before delving into a more comprehensive exploration of classical methods in this field.
Keywords: data-driven control, system design, classical methods, machine learning, model-based control -
کنترل کننده های مدل محور نیازمند مدل ریاضی از سیستم هستند، درحالی که کنترل کننده های داده محور بر پایه ی اندازه گیری داده های ورودی-خروجی عمل می کنند. امروزه با توجه به پیچیده شدن سیستم های صنعتی و در نتیجه در دسترس نبودن مدل ریاضی دقیق سیستم ها، محققان سعی می کنند تا وابستگی کنترل کننده ها به مدل ریاضی کاهش یابد. در این مقاله، کنترل کننده مدلغزشی تطبیقی داده محور برای کلاسی از سیستم های غیرخطی چند ورودی-چندخروجی نامعین ارایه می گردد. با توجه به آن که یکی از چالش های اصلی کنترل کننده های مد لغزشی پدیده چترینگ است، برای رفع این مشکل از کنترل کننده ی مد لغزشی تطبیقی استفاده شده است. همچنین، برای رفع مشکل وابستگی به مدل، این کنترل کننده با کنترل کننده داده محور ترکیب می شود. سپس، قوانین تطبیق جدید برای ضریب کلیدزنی و ماتریس شبه ژاکوبی محاسبه می شود. علاوه بر آن، اثبات پایداری حلقه بسته بر پایه نظریه لیاپانوف ارایه خواهدشد. به منظور نشان دادن عملکرد کنترل کننده، روش پیشنهادی به سیستم سه تانک اعمال می شود. کنترل کننده ارایه شده در مقایسه با روش های مشابه در مراجع دارای مزایایی مانند کاهش محافظه کاری و پیچیدگی در طراحی کنترل کننده و کاهش مراحل اثبات پایداری حلقه بسته است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که ردیابی سیگنال های مرجع توسط روش پیشنهادی بسیار بهتر شده و همچنین توانایی دفع اغتشاش به طور موثری بهبود یافته است. به علاوه پدیده چترینگ نیز به طور قابل توجهی کاهش یافته است.
کلید واژگان: کنترل مد لغزشی، کنترل تطبیقی، کنترل داده محور، سیستم غیرخطی، سیستم چندورودی-چندخروجی، اغتشاش خارجیThe model-based controllers need a mathematical model of the system, whereas the data-driven controllers operate based on measuring the input-output data. Nowadays, considering complexity of the industrial systems and unavailability of an accurate mathematical model of the system, scientists try to reduce dependency of the controllers on the mathematical model. In this paper, an adaptive sliding-mode data-driven controller for a class of unknown multi-input multi-output nonlinear discrete-time systems is proposed. Because the chattering phenomenon is the main challenge of the sliding-mode controllers, an adaptive sliding-mode controller is used to solve this problem. In addition, to solve the dependencies of the controller on the mathematical model, the proposed adaptive sliding-mode controller is combined with a data-driven controller. Next, the new adaptive laws for the switching gain and the Pseudo Jacobian Matrix (PJM) are calculated. In addition, the closed-loop stability based on the Lyapunov theory is investigated. To show performance of the controller, the proposed method is applied to a three-tank system. The proposed controller has some advantages in comparison with similar methods in references, such as reducing the conservatism and complexity in the controller design and simplifying the closed-loop stability analysis. The simulated results show that the proposed method better tracks the reference signals and improves rejection of the external disturbances. Furthermore, the chattering phenomenon is considerably reduced.
Keywords: Sliding-mode control, Adaptive control, Data-driven control, Nonlinear systems, MIMO systems, External disturbance -
کنترل تطبیقی ابطال ناپذیر، رویکرد جدیدی در کنترل نظارتی است که تنها با توجه به داده های ورودی- خروجی از سیستم و یک بانک کنترلی، انتخاب کنترل کننده پایدارساز را تضمین می کند. تنها شرط لازم برای اثبات پایداری، وجود یک بانک کنترل کننده طراحی شده از قبل است که حداقل یک کنترل کننده از کنترل کننده های موجود در بانک کنترلی، پایدارساز باشد. انتخاب کنترل کننده ها توسط ناظر بر اساس تابع هزینه ای است که با داده های ورودی- خروجی سیستم محاسبه می شوند. در این روش، عملکرد سیستم کنترلی محدود به کنترل کننده های موجود در بانک کنترلی است. در این مقاله با استفاده از معرفی ایده ابطال عملکرد بانک کنترلی موجود، در کنار مفهوم ابطال پایداری کنترل کننده فعال، به روزرسانی بانک کنترلی انجام می شود. برای ابطال عملکرد بانک کنترلی، ساختار مدل مرجع برای ارزیابی عملکرد سیستم کنترلی پیشنهاد شده است. بعد از ابطال عملکرد، یک کنترل کننده جدید بر اساس داده های سیستم و بدون استفاده از هیچ مدلی طراحی شده و کنترل کننده جدید به بانک کنترل کننده ها افزوده می شود. برای طراحی کنترل کننده، یک مساله ناتساوی ماتریسی خطی حل می شود. در این مقاله از هیچ مدلی از سیستم استفاده نشده و روش ارایه شده کاملا بدون مدل و داده محور است. نتایج شبیه سازی، بهبود عملکرد روش پیشنهادی را نسبت به سایر روش ها بر روی یک سیستم رایج که در ارزیابی عملکرد سیستم های کنترل تطبیقی مقاوم استفاده می شود، نشان می دهند.
کلید واژگان: کنترل تطبیقی ابطال ناپذیر، کنترل داده محور، به روزرسانی بانک کنترلی، کنترل نظارتیUnfalsified adaptive control is a new approach in supervisory control that ensures the selection of a stabilizing controller from a control set based on the system input-output data. A prerequisite for ensuring stability is the existence of a pre-designed controller set that contains a stabilizing controller. The supervisor selects the controller based on the cost function calculated with the system input-output data. In this method, the control system performance is restricted to the controllers of the control set. In this paper, the controller set update is performed by introducing the concept of performance falsification along with the stability falsification of the active controller. To falsify the performance of the controller set, the structure of the model reference is proposed to evaluate the performance of the control system. In case of performance falsification, a new controller is designed and added to the controller set based on system data and without using any model. To design the controller, a linear matrix inequality problem is solved. In this paper, no system model is used, and the presented method is completely model-free and data-oriented. The simulation results show the performance improvement of the proposed method compared to other methods in a standard robust adaptive benchmark system.
Keywords: Unfalsified adaptive control, data-driven control, controller set update, supervisory control -
امروزه سیستم های صنعتی همواره با محدودیت های متنوعی همراه هستند. پدیده اشباع خروجی و عدم دسترسی به مدل دقیق سیستم، نمونه ای از این محدودیت ها می باشند. در این مقاله یک کنترل کننده داده محور تطبیقی پیش بین برای گروه خاصی از سیستم های غیرخطی ناشناخته در حضور پدیده اشباع خروجی ارایه می شود. طراحی سیگنال کنترلی تنها وابسته به داده های ورودی و خروجی سیستم می باشد و از مدل سیستم هیچ استفاده ای نمی شود. به همین منظور یک مدل جدید خطی دینامیکی از سیستم نامعلوم توسعه می یابد که اثر اشباع خروجی در آن لحاظ شده است. سپس با استفاده از مدل خطی دینامیکی بدست آمده یک ساختار داده محور تطبیقی پیش بین ارایه و اثبات می شود که با گذشت زمان برای سیگنال مرجع ثابت یا متغیر با زمان، خطای تعقیب به ترتیب به صفر و یک مقدار محدود همگرا می شود. با توجه به عدم وابستگی روش پیشنهادی به مدل سیستم، روش پیشنهاد شده نسبت به روش های کنترلی مبتنی بر مدل در برابر تغییرات سیستم مقاوم تر است. همچنین شبیه سازی های انجام شده کارایی روش پیشنهادی را نسبت به چند روش کنترلی داده محور مشخص می نماید.
کلید واژگان: کنترل تطبیقی، کنترل پیش بین، کنترل داده محورNowadays, industrial systems deal with a wide range of constraints. Output saturation and lack of system model are two types of these constraints. In this paper, a Data-Driven Adaptive Predictive Control (DDAPC) is propounded for a family of unknown non-linear systems featuring output saturation. The design of the control signal only dependent on the input and output data of the system. In this regard, a new adaptive predictive control scheme is suggested using the new developed dynamic linearization model. The stability analysis of the proposed method is provided by proving the boundedness of the tracking error for both time varying and constant desired reference signal and considering the output saturation data, which is a common physical constraint in industrial systems. Furthermore, the proposed method is more robust against the model uncertainties and nonlinearities, in comparison with the common model-based adaptive methods, since its controller design procedures as well as the stability analysis are independent of plant model. To verify the efficiency and applicability of the suggested approach some applicational and numerical simulation examples are provided.
Keywords: Adaptive Control, Predictive Control, Data-Driven Control -
در این مقاله کنترل کننده مد لغزشی پایان دار مستقل از مدل برای کنترل سیستم های غیرخطی گسسته زمان پیشنهاد شده است. روش پیشنهادی یک روش مستقل از مدل است که تنها از داده های ورودی و خروجی استفاده می کند. این روش از سطح لغزش بازگشتی و غیرخطی استفاده می کند که منجر به دقت ردیابی بالاتری می شود. در این روش برای طراحی کنترل کننده از یک روش مبتنی بر داده موسوم به کنترل تطبیقی مستقل از مدل بهره گرفته شده است. تحلیل نظری، کران دار بودن خطای ردیابی و برتری روش پیشنهادی نسبت به روش کنترل مد لغزشی مستقل از مدل مبتنی بر سطح خطی را نشان می دهد. این نتایج توسط شبیه سازی های انجام شده نیز تایید شده است.کلید واژگان: کنترل مد لغزشی پایان دار، کنترل مبتنی بر داده، کنترل تطبیقی مستقل از مدل، کنترل مد لغزشی گسسته زمانA model free terminal sliding mode controller has been proposed. The proposed controller is data driven i.e. based only on input and output data (thus, model free). This method employs a recursive nonlinear sliding surface. This leads to higher tracking precision and to finite time convergence of the response. The method uses Model Free Adaptive Controller approach, combined with Discrete time Sliding Mode Controller method. Boundedness of tracking error is proved analytically. Theoretical analysis also shows the superiority of the proposed method over Model Free Linear Sliding Mode Controller. Analysis results are confirmed via simulationKeywords: Terminal Sliding Mode Control, Data Driven Control, Model Free Adaptive Control, Discrete time Sliding Mode Control
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.