nonlinear systems
در نشریات گروه برق-
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 -
The paper introduces a novel adaptive fuzzy fractional-order (FO) fast terminal sliding mode control procedure for a class of nonlinear systems in the presence of uncertainties and external disturbances. For this purpose, firstly, using fractional calculus, a new FO nonlinear sliding surface is proposed and then, the corresponding FO fast terminal sliding mode controller (FOFTSMC) is designed to satisfy the sliding condition in finite time. Next, to eliminate the chattering phenomenon, a fuzzy system is constructed to design a continuous switching control law. The finite-time stability of the proposed adaptive fuzzy FOFTSMC (AFFOFTSMC) is proved using the concept of Lyapunov stability theorem. Finally, to illustrate the effectiveness of the proposed AFFOFTSMC, three examples are given as case studies. The numerical simulation results confirm the superiority of the proposed controller, which are the better robust performance, faster convergence, finite-time stability of the closed-loop control system, and a chattering free control effort compared to other mentioned control methods.Keywords: Nonlinear systems, Fractional calculus, Terminal sliding mode control, Fuzzy systems, Adaptive control
-
در این مقاله الگوریتم جدیدی از فیلترهای جمع گوسی برای تخمین حالت سیستمهای غیر خطی ارایه شده است. روش پیشنهادی شامل اجرای چند فیلتر کالمن مکعبی به شکل موازی است به صورتی که هر کدام از این فیلترها بر اساس قوانین شعاعی- کروی سیمپلکس پیادهسازی میشوند. در این روش تابع چگالی احتمال حالت به صورت مجموع وزنی از چند تابع گوسی است که مقادیر میانگین، کواریانس و همچنین ضرایب وزنی این توابع گوسی به صورت بازگشتی و در طول زمان محاسبه میشوند و هر کدام از فیلترهای کالمن مکعبی نیز مسیول به روز رسانی یکی از این توابع هستند. در نهایت عملکرد فیلتر پیشنهادی با استفاده از دو مساله تخمین حالت غیر خطی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج آن با فیلترهای غیر خطی مرسوم مقایسه میشود. شبیهسازیهای صورتگرفته نشان از دقت مناسب الگوریتم پیشنهادی در تخمین حالت سیستمهای غیر خطی دارد.
کلید واژگان: سیستم های غیر خطی، تخمین حالت، قانون مکعبی سیمپلکس، فیلتر جمع گوسیIn this paper, a new algorithm of Gaussian sum filters for state estimation of nonlinear systems is presented. The proposed method consists of several parallel Cubature Kalman filters each of which is implemented according to the simplex spherical-radial rule. In this method, the probability density function is the sum of the weights of several Gaussian functions. The mean value, covariance, and weight coefficients of these Gaussian functions are calculated recursively over time, and each of the Cubature Kalman filters are responsible for updating one of these functions. Finally, the performance of the proposed filter is investigated using two nonlinear state estimation problems and the results are compared with conventional nonlinear filters. The simulation results show the appropriate accuracy of the proposed algorithm in state estimation of nonlinear systems.
Keywords: Nonlinear systems, state estimation, simplex cubature rule, Gaussian-sum filter -
A novel design approach to construct a fault-tolerant control (FTC) system for a class of nonlinear systems based on a generalized Takagi-Sugeno (GT-S) fuzzy model is proposed. The local rules of the GT-S fuzzy model consist of some multiplicative nonlinear terms. The nonlinear system is affected by actuator faults and unknown disturbances. A state/fault observer is designed and then, a dynamic output feedback scheme is proposed based on the estimated fault and state information. The sufficient conditions for observer and controller design are separately given in terms of linear matrix inequalities (LMIs). It can be shown that the number of LMIs and the computational burden is less than that of similar methods and the effectiveness of the proposed dynamic output feedback FTC approach is verified by proposing simulation results applied to an inverted pendulum system.Keywords: nonlinear systems, Generalized Takagi-Sugeno fuzzy model, Fault-tolerant control, Dynamic output feedback
-
در این مقاله، درباره «طراحی کنترل حالت لغزشی دینامیکی برای سیستم های آشوبی با استفاده از رویت گر حالت لغزشی» بحث می شود که در مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز چاپ شده است. در مقاله مذکور، یک روش طراحی کنترل مد لغزشی دینامیکی و نیز طراحی رویت گر مبتنی بر مد لغزشی برای کلاس خاصی از سیستم های غیرخطی پیشنهاد شده است. در این مقاله، ابتدا خلاصه ای درباره روش پیشنهادی طراحی رویت گر مذکور بیان می شود. برای اثبات هم گرایی خطای تخمین، قضیه ای بیان شده است که درباره صحت اثبات آن بحث خواهد شد. در نهایت، با پیشنهاد ایجاد تغییر در رویت گر، پایداری آن اثبات می شود.
کلید واژگان: کنترل مد لغزشی، طراحی رویت گر، سیستم های غیرخطی، کنترل غیرخطیThis paper considers the work entitled “Dynamic Sliding Mode Control Design for Nonlinear Systems Using Sliding Mode Observer” that is published in Tabriz Journal of Electrical Engineering where the authors try to design a sliding mode control design with sliding mode observer for a class of nonlinear systems. In this paper, we first give a brief overview of the proposed approach of aforementioned paper to the observer design. For the convergence of the estimation error, there is a proposition that we will discuss the validity of its proof. Finally, with a change in dynamic error equations of observer, its stability is proven.
Keywords: sliding mode control, observer design, nonlinear systems, nonlinear control -
این مقاله بر طراحی کنترل کننده چندگانه برای سیستم های غیرخطی متمرکز است. در این مقاله برای انتخاب مدل های محلی و طراحی کنترل کننده های محلی به صورت همزمان الگوریتمی ارایه می شود که به دانش تجربی اولیه از سیستم وابسته نبوده و نیازی به استفاده از یک آستانه اولیه ندارد. برای طراحی کنترل کننده های محلی با ساختار ساده تناسبی-انتگرالی، در روش پیشنهادی دو معیار پایداری و عملکرد با یکدیگر تجمیع می شوند. از یک سو ساختار ساده کنترل کننده های محلی در روش پیشنهادی موجب سادگی کنترل کننده چندگانه جامع طراحی شده برای سیستم غیرخطی می شود. اما از طرف دیگر، به دلیل حضور انتگرال گیر در ساختار کنترل کننده های محلی، به هنگام کلیدزنی میان کنترل کننده های مختلف پدیده ضربه رخ می دهد که موجب جهش در سیگنال کنترل در لحظات کلیدزنی شده و عملکرد حلقه بسته را تحت الشعاع قرار می دهد. لذا برای برطرف کردن این موضوع، در این مقاله یک روش انتقال بدون ضربه میان کنترل کننده های محلی مورد استفاده قرار می گیرد که در آن با تغذیه کنترل کننده های غیرفعال با سیگنالی غیر از سیگنال خطا از جهش ناگهانی سیگنال کنترل به هنگام کلیدزنی جلوگیری می شود. برای بررسی روش ارایه شده، یک سیستم غیرخطی شبیه سازی شده است. نتایج حاصله نشان می دهند که روش بدون ضربه نتایج بهتری را در مقایسه با مراجع دیگر به هنگام انتقال میان نواحی کاری مختلف ارایه می دهد.کلید واژگان: سیستم های غیرخطی، کنترل کننده چندگانه، انتقال بدون ضربه، معیار پایداری و عملکرد، معیار فاصلهThis paper focuses on designing multiple-controller for nonlinear dynamic systems. An algorithm is proposed that integrates two stages of selecting the nominal local models and designing the local controllers. The proposed algorithm does not need to a priori knowledge about the system and a prior experience to choose the gridding threshold. In order to design the local controllers, the stability and performance criteria are integrated and the local controllers have a simple Proportional-Integral (PI) structure. Although the simple local PI controllers lead to have a simple global multiple-controller, but the bump phenomenon occurs when switching between the active local controller in the closed-loop and another controller in the off-line controllers set waiting to take over the control loop. In order to solve the lift-off and landing issues by switching among different local controllers, a linear quadratic bumpless transfer method is used in the closed-loop. The off-line local controllers were not fed by the error signal to have a bumpless switch. Therefore, the proposed multiple-controller design method provides support to have a gentle switch among different local controllers. To evaluate the proposed method a nonlinear CSTR is simulated. The simulation results demonstrate the success of the proposed method in set-point tracking with a smooth control signal in comparison with the opponents.Keywords: nonlinear systems, Multiple Controller, Bumpless Transfer, Stability, Performance criteria, Gap Metric
-
در این مقاله، کنترل پیش بین مقاوم برای یک سیستم غیرخطی دارای عدم قطعیت و محدودیت سیگنال ورودی طراحی شده است. برای این منظور، ابتدا یک سیستم دینامیکی با وجود عدم قطعیتهای همزمان جمع شونده و چند وجهی در نظر گرفته میشود. برای طراحی کنترل پیشبین، رفتار دینامیکی سیستم با استفاده از یک مدل نامی پیش بینی میشود؛ سپس، در لحظات معلومی از زمان، سینگال ورودی به گونه ای تعیین میشود که یک تابع هزینه معلوم کمینه شود. برای بهینه شدن تابع هزینه، در لحظات معینی از زمان، یک قانون کنترل به فرم فیدبک حالت انتخاب میشود. در نتیجه، مساله طراحی کنترل پیشبین مقاوم به انتخاب مناسب بهره فیدبک منجر میشود. در نهایت، مساله طراحی کنترل پیشبین به یک مساله کمینه سازی با وجود قیدهای نامساوی ماتریسی خطی تبدیل میشود. با حل عددی این مساله، میتوان بهره قانون کنترل فیدبک حالت را تعیین نمود. روش کنترل بدست آمده در یک سیستم مرتبه دوم دارای عدم قطعیت و محدودیت ورودی شبیه سازی و عملکرد آن با کنترل کننده های دیگر مقایسه میشود. نتایج شبیه سازی انجام شده، اثربخش بودن قانون کنترل پیشنهادی را در مقایسه با روش های موجود نشان میدهد.
کلید واژگان: کنترل پیش بین مقاوم، نامساوی ماتریسی خطی، سیستم های دارای عدم قطعیت، سیستم های غیرخطی، محدودیت در ورودی کنترلIn this paper, a robust model predictive control (MPC) algorithm is designed for nonlinear uncertain systems in presence of the control input constraint. To achieve this goal, first, the additive and polytopic uncertainties are formulated in the nonlinear uncertain system. Then, the control policy is chosen as a state feedback control law in order to minimize a given cost function at each known sample-time. Finally, the robust MPC problem is transformed into another optimization problem subject to some linear matrix inequality (LMI) constraints. The controller gains are determined via the online solution of the proposed minimization problem in real-time. The suggested method is simulated for a second order nonlinear uncertain system. The closed-loop performance is compared to other control techniques. The simulation results show the effectiveness of the proposed algorithm compared to some existing control methods.
Keywords: Robust model predictive control (RMPC), linear matrix inequality (LMI), uncertain systems, nonlinear systems, constrained control input -
روش لیاپانوف یک روش موثر در اثبات پایداری نقاط تعادل سیستمهای دینامیکی است. یکی از کاربردهای تحلیل لیاپانوف، تخمین ناحیه جذب است. در حالت کلی، بسته به فرم تابع لیاپانوف انتخابی، بخشی از ناحیه جذب تخمین زده میشود که لزوما بهترین تخمین نیست. در این مقاله، با ارایه یک الگوریتم تولید توابع کاندید لیاپانوف، به صورت دنباله ای، روشی پیشنهاد میگردد که از طریق آن، در هر گام رو به جلو، تخمین ناحیه جذب، نسبت به مرحله قبل، بهبود مییابد. ایده اساسی تولید اعضای دنباله مزبور، ترکیب خطی تابع کاندید لیاپانوف با مشتق آن، جهت ساختن یک تابع لیاپانوف جدید است. متناظر با هر تابع کاندید لیاپانوف، یک ناحیه جذب حاصل میشود که در فرایند تولید توابع جدید، هر ناحیه جذب تخمین زده شده، زیرمجموعه تخمین بعدی است. در پایان برای نشان دادن توانایی نتایج نظری به دست آمده، چند مثال عددی شبیه سازی شده است.
کلید واژگان: سیستمهای غیرخطی، دنباله توابع لیاپانوف، پایداری مجانبی، بهبود ناحیه جذبJournal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Volume:17 Issue: 3, 2020, PP 17 -23Lyapunov method is an effective method to prove the stability of the equilibrium points of dynamical systems. One of the applications of the Lyapunov analysis, is estimation of the region of attraction. In general, based on the selected Lyapunov function, a portion of the region of attraction is estimated that may not be the best. In this paper, via proposing an algorithm for generating Lyapunov candidate functions in a series from, a method is developed by which, in each step ahead, a modified estimation of the region of attraction is presented. The main idea of generation of the mentioned entries, is constructing a new Lyapunov function using a linear combination of the current Lyapunov function with its derivative. According to each candidate Lyapunov function, a region of attraction is constructed so that in the generation process of the new functions, every estimated region of attraction is subset of the next estimation. Finally, to show the effectiveness of the obtained results, some numerical examples are simulated.
Keywords: Nonlinear systems, Lyapunov function series, asymptotic stability, improvement of region of attraction -
این مقاله یک استراتژی جدید گشتاور محاسبه شده [i] را برای کنترل بازوی رباتیک با بکارگیری مدلسازی خطی پارامتر متغیر ([ii] LPV) چندوجهی [iii] ارایه مینماید. نمایش مدل LPV ربات به وسیله شناسایی دینامیک ربات در نقاط کار مختلف، حول مسیری دلخواه که تمامی محدوده حرکتی مفصلها را پوشش میدهد صورت میپذیرد. شناسایی مدلها با استفاده از الگوریتم کمترین مربعات [iv] خطاها انجام میشود. با بهره گیری از نگاشت مجموعه پارامتر [v] مبتنی بر آنالیز مولفه های اصلی ([vi] PCA) ، یک مدل LPV چندوجهی کاهش یافته حاصل میشود که پیچیدگی پیادهسازی را کاهش میدهد. در کنترل گشتاور محاسبه شده معمول، ضروریست که مدل دینامیکی ربات شناخته شده باشد در حالی که در روش ارایه شده یک تخمین از گشتاور موردنیاز بر مبنای مدلسازی LPV محاسبه میشود. ماتریس بهره کنترل از حل مجموعه ای از نامساوی های ماتریسی خطی ([vii] LMI) که مقدار مشتق زمانی تابع لیاپانوف را به میزان کمینه موردنیاز میرساند، به دست میآید به طوریکه شرایط کافی برای تضمین پایداری مجانبی [viii] سیستم LPV حلقه بسته در برابر خطای تخمین گشتاور برقرار گردد. طرح ارایه شده به کنترل تعقیب مسیر مرجع بازوی ربات شش درجه آزادی PUMA560 اعمال شده است.
کلید واژگان: کنترل گشتاور محاسبه شده، مدل سازی LPV چندوجهی، LMI، سیستم های غیرخطی، روبات بازوJournal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers, Volume:17 Issue: 3, 2020, PP 39 -50This paper proposes a new computed torque strategy to control the robotic manipulators using polytopic linear parameter varying (LPV) modeling method. An LPV representation of the robot is generated by identification of its dynamic in different workspace points about an arbitrary full-path trajectory. Identification of the models is done by using the least square of errors algorithm. By utilization of parameter set mapping based on parameter component analysis (PCA) a reduced polytopic LPV model is obtained that reduces the complexity of the implementation. In the conventional computed torque control, it is necessary to know the dynamical model of the robot while in the proposed method an estimation of the required torque is computed based on the obtained LPV model. The control gain matrix is derived by solving a set of linear matrix inequalities (LMIs) that takes the time derivative of the Lyapunov function to the sufficiently small value. Sufficient conditions are provided to ensure the asymptotic stability of the closed loop LPV system against the torque estimation error. The proposed scheme is applied to trajectory tracking control of a six degree of freedom (DOF) PUMA 560 robot manipulator.
Keywords: Computed torque control, Polytopic LPV modeling, LMI, Nonlinear systems, Robot Manipulator -
در تحقیق حاضر با تمرکز بر بررسی عملکرد کنترل تطبیقی مبتنی بر شبکه عصبی برای سیستمهای غیرخطی در حضور عدم قطعیت، یک کنترل کننده تطبیقی در تعامل باابزار هوشمند و با هدف تنظیم پارامترهای سیستم های تحت کنترل طراحی شده است. برای ارایه ایده نوین در این حوزه در ابتدا یک بررسی دقیق در مورد کارهای مشابه ای که تاکنون در طراحی کنترل سیستم های متناظر صورت گرفته است ارایه شده است و سپس کنترل کننده پیشنهادی مبتنی بر شبکه های عصبی طراحی گردیده است. با استفاده از تیوری لیاپانوف قوانین تطبیقی مناسبی برای همگرایی سیستم حلقه بسته تحقیق شده است و با استفاده از این تیوری اثبات می شود که تمامی سیگنال ها در سیستم حلقه بسته کراندار بوده و همچنین نشان داده شده است که سیگنال خطا به صورت مجانبی به سمت صفر همگرا می گردد. در پایان، نتایج تحقیق با شبیه سازی کامپیوتری توسط نرم افزار MATLAB صورت گرقته است و در ادامه با بررسی اطلاعات مستخرج از تحقیق کارآمدی کنترل کننده پیشنهادی اثبات گردیده است.
کلید واژگان: کنترل تطبیقی، سیستم های غیرخطی، شبکه عصبی، عدم قطعیتIn the investigation presented with a focus on the applicability of adaptive control based on neural network to nonlinear systems in the presence of uncertainties, an adaptive control in association with intelligent tools with the key goal of adjusting nonlinear system’s parameters under control is designed. For having a novel idea in this area, at first, an exact consideration is made in one such case concerning the similar works that have all provided to deal with the similar systems under control and then the proposed control approach is designed based on the neural networks. Using Lyapunov theory, adaptive laws suitable for the convergence of the closed loop system is provided. Using this theory, it is proved that all signals in the closed loop system are bounded and the error signal converges to zero as asymptotically. At the end, the results of simulation programs via MATLAB verifies the effectiveness of the control approach proposed.
Keywords: Adaptive control, nonlinear systems, Neural Network, uncertainties -
هدف اصلی این پژوهش، کنترل تطبیقی - عصبی سیستم های غیرخطی تاخیردار در حضور خرابی عملگر با استفاده از روش کنترل سطح دینامیکی (DSC) است. سیستم های بررسی شده، سیستم هایی به فرم فیدبک اکید و در حضور اغتشاش های نامعین خارجی اند. در این سیستم ها از شبکه های عصبی توابع پایه ای شعاعی (RBF) برای تقریب توابع نامعین استفاده می شود که قوانین تطبیق پارامترها براساس طراحی لیاپانوف به دست می آیند. اغتشاش های نامعین، توابع غیرخطی نامشخصی اند که اطلاعات جزئی از کران آنها در دسترس است؛ بنابراین، از جمله مقاوم پیوسته برای حداقل کردن اثر آنها استفاده شده است. همچنین به دلیل وجود تاخیرهای زمانی نامشخص در معادلات سیستم، در روند طراحی کنترل کننده و اثبات پایداری از تابعی های لیاپانوف - کراسوفسکی استفاده شده است. کنترل کننده نیز به گونه ای طراحی شده است که در صورت بروز خرابی عملگر، از نوع کاهش عملکرد، سیستم همچنان به عملکرد مطلوب خود ادامه دهد. برای کنترل کننده طراحی شده در این پژوهش، پایداری سیستم و همگرایی خطای ردیابی به یک مقدار کوچک دلخواه اثبات شده است.کلید واژگان: تاخیر زمانی نامشخص، خرابی عملگر، سیستم های غیرخطی، شبکه عصبی RBF، کنترل تطبیقی - عصبی، کنترل سطح دینامیکیThe main purpose of this paper is to present an adaptive-neural controller for strict-feedback nonlinear systems with unknown time delays and in the presence of external disturbances and actuator failure. The proposed adaptive-neural controller is constructed based on DSC design technique. Radial Basis Functions (RBF) networks are utilized to approximate unknown nonlinear functions. Adaptive rules are obtained based on Lyapunov design for updating the parameters of neural networks. Disturbances are unknown functions which their bounds are partially known. Therefore, continuous robust terms are applied in order to minimize their effects. Furthermore, due to the existence of unknown time delays in the system, Lyapunov–Krasovskii functionals are utilized in the process of designing the controller and proofing the stability of the system. In addition, the controller is designed so that it can compensate its effect if the considered actuator failure happens. For the designed controller, the boundedness of all the closed-loop signals is guaranteed and the tracking error is proved to converge to a small neighborhood of the origin.Keywords: Unknown Time Delay, Actuator Failure, Nonlinear Systems, RBF Neural Network, Adaptive-neural Control, Dynamic Surface Control
-
در این مقاله، با استفاده از روش طراحی معادلات ریکاتی وابسته به حالت (SDRE)، روشی جدید جهت طراحی رویتگر غیرخطی رخداد-تحریک در کلاس وسیعی از سیستم های کنترل تحت شبکه ارائه می شود. برای این منظور، یک شرط نامساوی جهت تشخیص زمان لازم ارسال اطلاعات از حسگرها به کنترل کننده به دست می آید که با بررسی این شرط، ارسال اطلاعات تنها در برخی از زمان ها لازم بوده و لذا نرخ استفاده از شبکه کاهش می یابد. همگرایی تخمین حاصل از رویتگر به حالت سیستم از قالب یک قضیه بررسی و کارایی روش پیشنهادی از طریق دو مثال (نوسان ساز وندرپل و سیستم سه تانک) ارزیابی شده است.کلید واژگان: سیستم های غیرخطی، رخداد-تحریک، کنترل تحت شبکه، رویتگر SDREIn this paper, based on the state-dependent Riccati equation (SDRE) technique, a new method is proposed to design nonlinear observers in a broadclass of networked control systems. Towards this end, an inequality condition is obtained to detect the time-instants of sending messages from the sensors to the controller. In this way, the data transmission is done in some specific instants and therefore, the proposed method can considerably reduce the information exchange between the sensors and the controller in a nonlinear networked control system. It is also proved that the obtained estimation converges to the system state. Two numerical simulations are worked to illustrate the design procedure and the flexibility of the proposed observer.Keywords: nonlinear systems, event-triggered, Networked control systems, SDRE observer
-
در این مقاله، یک کنترل کننده پس گام فازی-تطبیقی بر مبنای رویت گر برای دسته ای از سیستم های غیرخطی فیدبک صریح تاخیردار ارائه شده است. سیستم موردنظر دارای ضریب کنترلی نامعلوم، اغتشاش و توابع نامعین تاخیردار می باشد. هدف کنترل آن است که کنترل کننده به گونه ای طراحی شود که خروجی سیستم مقید مانده و با استفاده از منطق فازی، توابع نامعین سیستم بر اساس مکانیسم تطبیقی تخمین زده می شود. همچنین با استفاده از رویت گر مناسب، تخمینی از حالت های غیرقابل دسترس سیستم به دست می آید. برای غلبه بر مشکل انفجار محاسباتی ناشی از روش پس گام، از یک روش مبتنی بر لیاپانوف بنام کنترل سطح دینامیکی استفاده شده است که با ترکیب این روش با تابع ناسبام، مشکل نامعلوم بودن ضریب کنترل نیز برطرف می گردد و برای مقید ماندن خروجی سیستم نیز از تابع لیاپانوف محدودکننده استفاده شده است. کنترل کننده طراحی شده تضمین می کند که سیستم حلقه بسته پایدار مانده و خروجی سیستم ورودی مرجع را دنبال کرده و خطای سیستم، مقداری کوچک در نزدیکی صفر باقی خواهد ماند و نهایتا خطای سیستم، پایدار یکنواخت شبه فراگیر خواهد شد. نتایج شبیه سازی بر روی یک سیستم غیرخطی تاخیردار با شرایط بیان شده قابلیت های روش پیشنهادی را نشان می دهد.کلید واژگان: کنترل کننده فازی، تطبیقی، سیستم های غیرخطی، سیستم های منطق فازی، روش پس گام، کنترل سطح دینامیکی، تابع لیاپانوف محدودکننده، تاخیر زمانی، ضریب کنترلی نامعلومIn this paper, an observer-based adaptive fuzzy back-stepping controller for a class of strict-feedback nonlinear delayed systems with unknown control coefficientis proposed. The system has unknown delayed nonlinear terms and unknown disturbances. The goal is to design an appropriate controller such that the system output tracks the desired trajectory with prescribed bounds while the closed-loop signals remain bounded. An adaptive mechanism is designed such that by using Fuzzy approximators, the unknown functions are approximated via adaptation laws. In addition, an observer is designed such that immeasurable states are estimated. In order to avoid the explosion of complexity that exists in traditional back-stepping controllers, the so-called Dynamic Surface Control is used at each steps of the traditional back-stepping approach. Furthermore, Barrier Lyapunov function is employed to consider constraints on the system output. Besides, Nussbaum function is utilized to address the unknown control gain problem. The proposed adaptive controller guarantees that all signals in the closed-loop are semi-globally uniformly ultimately bounded (SGUUB). Finally, simulation results on a delayed nonlinear system with unknown control coefficient confirm the effectiveness of the proposed approach.Keywords: Adaptive fuzzy controller, nonlinear systems, back-stepping, dynamic surface control, barrier Lyapunov function, time delay, unknown control coefficient, stability analysis
-
در این مقاله، یک کنترل کننده تطبیقی برای کنترل یک کلاس از سیستم های غیرخطی در معرض پارامترهای نامعین، بهره کنترلی متغیر و با وجود خرابی عملگر ارائه شده است. کنترل کننده ارائه شده می تواند خرابی کاهش کارایی و خرابی قفل شونده در عملگر را کامل جبران کند. مدل خرابی عملگر در نظر گرفته شده قابلیت جبران غالب خرابی های قابل وقوع در سیستم های عملی و کاربردی را دارد. کنترل کننده تطبیقی پیشنهادی بر اساس روش کنترلی گام به عقب طراحی شده است. در این مقاله، با معرفی توابع لیاپانوف- کراسوسکی مناسب، قوانین تطبیقی جدیدی طراحی شده است که خرابی های نامعین و پارامترهای نامعلوم را جبران می کند. روش کنترلی ارائه شده، تعقیب مجانبی خروجی و کرانداری تمامی سیگنال های سیستم حلقه بسته را تضمین می کند. روش پیشنهادی جهت کنترل بال هواپیما در حضور خرابی متغیر با زمان عملگر استفاده شده است. نتایج شبیه سازی، کارایی و صحت روش کنترلی ارائه شده را نشان می دهد.کلید واژگان: خرابی متغیر با زمان عملگر، سیستم غیرخطی، کنترل تطبیقی، روش کنترلی گام به عقبThis paper presents an adaptive state feedback control scheme for a class of nonlinear systems with unknown parameters, variable control gains and in the presence of unknown time varying actuator failures. The designed controller compensates unknown loss of effectiveness failures as well as unknown time varying stuck failures in actuators. The considered actuator failure can cover most failures that may occur in actuators of the practical systems. The proposed adaptive controller is constructed based on a backstepping design method. Appropriate Lyapunov-Krasovskii functionals are introduced to design new adaptive laws to compensate the unknown actuator failures and unknown parameters. The offered method ensures the asymptotic output tracking and the boundedness of all the closed-loop signals. The proposed design approach is employed for a wing rock control of an aircraft in the presence of time varying actuator failures. The simulation results verify the effectiveness and correctness of the proposed adaptive control method.Keywords: time varying actuator failure, Nonlinear systems, Adaptive control, Backstepping
-
Journal of Artificial Intelligence in Electrical Engineering, Volume:5 Issue: 18, Summer 2016, PP 21 -30The major aim of this article is modeling of nonlinear systems with friction structure that, this method is essentially extended based on taylore expansion polynomial. So in this study, the taylore expansion was extended in the generalized form for the differential equations of the statespace form. The proposed structure is based on multi independent variables taylore extended. According to the proposed method, in order to extract state-space form modeling, it is needed to some samples of the measured value of system states and/or their combination. Then, the matrix of measured values and response vectors of derived states were forming by these measured value of system states. By use of the presented equations and the measured values, the coefficients of polynomials were calculated as the model of state-space of studied nonlinear system. The result of proposed simulation using proposed algorithm show, that it is importable having an independent information system under test to system identification. A few suggestion were proposed to decrease of the dependence of the measured samples, the results of algorithm with different parameters show that proposed algorithm perform better. Of course in during the evaluation of algorithm, the results of different experimental were used.Keywords: Modeling, Nonlinear systems, Taylore extended, Flexibility robot
-
In this paper, a new analytical method to find a near-optimal high gain controller for the non-minimum phase affine nonlinear systems is introduced. This controller is derived based on the closed form solution of the Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equation associated with the cheap control problem. This methodology employs an algebraic equation with parametric coefficients for the systems with scalar internal dynamics and a differential equation for those systems with the internal dynamics of order higher than one. It is shown that 1) if the system starts from different initial conditions located in the close proximity of the origin the regulation error of the closed-loop system with the proposed controller is less than that of the closed-loop system with the high gain LQR, which is surely designed for the linearized system around the origin, 2). for the initial conditions located in a region far from the origin, the proposed controller significantly outperforms the LQR controller.Keywords: Non, Minimum Phase, Nonlinear Systems, Cheap Control, Optimal Controller, Hamilton, Jacobi, Bellman Equation (HJB)
-
In this paper, we extend the sliding mode idea to a class of unmatched uncertain variable structure systems. This method is achieved with introducing a new terminal sliding variable and the finite time stability of proposed method is proved using a new particular finite time condition in both reaching and sliding phases. In reaching phase new sliding mode controller is derived to guarantee the finite time stability of sliding surface with considering matched uncertainty. Also in sliding phase, because of introducing a new terminal sliding variable, the finite time stability of state variables with considering unmatched uncertainty has been guarantee. Therefore in proposed algorithm we are able to adjust reaching and sliding times in the presences of both matched and unmatched uncertainty. This algorithm is applied to designing control law for a moving cart system with bounded matched and unmatched uncertainties. Simulation results show the effectiveness and robustness of the proposed algorithm.Keywords: Nonlinear Systems, Robust Control, Terminal Sliding Mode Control, Unmatched Uncertainty
-
Scientia Iranica, Volume:22 Issue: 3, 2015, PP 967 -980One of the most important issues in controller design and analysis of a nonlinear system is the degree of nonlinearity in the system. Helbig et al. proposed a method in which the system along with a linear reference model (which is the sum of a couple of rst order transfer functions) are stimulated with a set of input patterns. The outputs of these systems are then compared and the nonlinearity measure of the system is obtained as normalized di erence between the outputs of these two systems. In this paper, the linear reference model is replaced with two simpler linear models. The proposed method has been used for the assessment of the nonlinearity measure of various nonlinear systems that are used as standard benchmarks by the nonlinear process control research community. The results show that, despite the use of this simpler model with less parameters the calculated nonlinearity measure is almost similar to the one obtained by Helbig''s method. Furthermore, the nonlinearity measure obtained by the proposed method can be calculated very much faster.Keywords: Nonlinear systems, Nonlinearity measure, Chemical processes, System identi cation
-
تشخیص عیب فعال را می توان طراحی یک سیگنال وروی کمکی جهت تشخیص عیب مخفی شده در قالب سیستم های چند مدله در حوزه ی زمان- پیوسته و زمان- گسسته معرفی نمود. در این مقاله جهت تشخیص عیب مقاوم در کلاسی از سیستم ها با معادلات فضای حالت غیر خطی کوپل شده ی پیوسته در حضور نایقینی و اغتشاش، از یک روش اصلاحی برای طراحی سیگنال کمکی بهینه با رویکرد سیستم های چند مدله، برای سیستم های سالم و معیوب استفاده می شود. با توجه به غیر خطی بودن معادلات فضای حالت،استفاده از روش های پیشین تشخیص عیب فعال امکان پذیر نمی باشد. به منظور غلبه بر این مشکل، روش اصلاح شده ای به منظور تضمین تشخیص عیب مقاوم برای این کلاس از سیستم های غیر خطی در حضور نایقینی و اغتشاش، طراحی سیگنال کمکی بهینه انجام می شود. در پایان راهکار پیشنهادی برای طراحی سیگنال کمکی بهینه به یک سیستم اصطکاک چرخ- جاده اعمال می شود.کلید واژگان: تشخیص عیب فعال، سیگنال کمکی، مدل اصطکاک چرخ، جادهActive fault detection consists of finding an auxiliary input signal the use of which allows detection of the masked faults using a multi-model framework in continuous or discrete- time cases. In this paper, a modified approach to optimal auxiliary signal design in robust fault detection based on a multi-model formulation of healthy and faulty systems is used to study the problem of active fault detection for a class of systems with nonlinear coupled continuous state-space equations in the presence of uncertainties and disturbances. Due to the nonlinearity in the state-space equations, the traditional active fault detection approach is not straightforward to be employed. To overcome this difficulty, a modified solution is proposed in order to design an optimal auxiliary signal to guarantee robust fault detection for this class of nonlinear systems in the presence of uncertainties and disturbances. Finally, the proposed solution for optimal auxiliary signal design is applied to a Lumped Tire-Road Friction system.Keywords: Active Fault Detection, Auxiliary Signal, Tire, Road Friction Model, Nonlinear Systems
-
در این مقاله طراحی رویتگر تطبیقی برای تخمین همزمان حالت ها و پارامترهای نامعلوم در دسته ای از سیستمهای غیرخطی که شروط لیپشیتز یک طرفه و شرط کراندار داخلی درجه دو را برآورده سازند، ارائه شده است. شرایط کافی برای پایداری این رویتگر تطبیقی به یافتن پاسخی برای یک ناتساوی به فرم کوادراتیک که از خطای حالت ها و پارامترها تشکیل شده است، تبدیل شده و سپس با استفاده از یک تبدیل مختصاتی این شرایط به صورت ناتساوی ماتریسی خطی، تبدیل گردیده است که به آسانی با استفاده از الگوریتم های نرم افزاری استاندارد قابل حل می باشند. اگر شرایط مطرح شده برآورده گردند، همگرایی خطای تخمین حالت به صفر تضمین خواهد شد. هرچند همگرایی پارامترها هنگامی برآورده می شود که شرط تحریک پایا برقرار باشد. شبیه سازی های انجام شده بر روی یک مثال عددی حاکی از صحت عملکرد رویتگر تطبیقی پیشنهادی است.
کلید واژگان: رویتگر تطبیقی، سیستمهای غیر خطی، رویتگرهای غیر خطی، لیپشتز یکطرفه، نا مساوی ماتریسی خطیThis paper addresses adaptive observer design problem for joint estimation of the states and unknown parameters for a class of nonlinear systems which satisfying one-sided Lipschitz and quadratic inner bounded conditions. It’s shown that the stability of the proposed observer is related to finding solutions to a quadratic inequality consists of state and parameter errors. A coordinate transformation is used to reformulate this inequality as a linear matrix inequality (LMI). Sufficient conditions that ensure the existence of adaptive observer are expressed in forms of LMIs، which are easily tractable via standard software algorithms. If the proposed conditions are satisfied، then the state estimation errors are guaranteed to converge to zero asymptotically while، the convergence of the parameters is guaranteed when a persistence of excitation condition is held. The effectiveness of the proposed method is shown by simulation for the joint estimation of states and parameters of a numerical system.Keywords: Adaptive observer, Nonlinear systems, Nonlinear observers, One, sided Lipschitz, Linear matrix inequality
- 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.