parameter estimation
در نشریات گروه مکانیک-
Nonlinear dynamical system research is essential in science and engineering because it could be potentially employed to represent real-world phenomena. Traditional methods rely on pre-defined models or computationally expensive simulations, limiting their applicability to only numerical data. In the present research, without any prior knowledge of the system, we suggest a novel way to build a linear representation of the Duffing oscillator by fusing the capabilities of deep neural networks with the Koopman operator. This recently established methodology makes it easier to estimate system parameters effectively and accurately predict the oscillator's future behavior. Our approach incorporates a modified training procedure that restricts the Koopman operator to a single linear layer within the neural network, improving interpretability and potentially reducing training complexity. This methodology not only simplifies nonlinear system analysis but also paves the way for advancements in predictive modeling across various fields. Notably, our method yields distinctive eigenvalues of the Koopman generator matrix, enabling the Koopman operator to exhibit robustness against noise and capture a spectrum of Duffing equation behaviors. This includes the precise prediction of periodic oscillations and the capturing of period-doubling bifurcation, all while maintaining tractability within the neural network framework.Keywords: Koopman Operator, Parameter Estimation, Nonlinear Dynamical Systems, Neural Networks, Period-Doubling
-
از مهم ترین پیش شرط های انجام موفق آزمون های کنترل وضعیت در سیمولاتور آزمایشگاهی دینامیک وضعیت فضاپیما، انطباق حداکثری مرکز جرم پلتفرم با مرکز دوران آن برای حذف گشتاور اغتشاشی جاذبه می باشد. در این مقاله استخراج یک مدل دینامیکی مناسب برای پلتفرم دارای نابالانسی جرمی انجام شده و سپس روشی اصولی برای پایدارسازی آن توسط کنترل کننده خطی همراه با شرایط پایداری ارائه می شود. در روش پیشنهادی، ابتدا بردار موقعیت مرکز جرم پلتفرم تخمین زده می شود. سپس یک قانون کنترل تناسبی-مشتقی با جابجایی خودکار دو جرم محور افقی پلتفرم را با صفحه افق محلی هم تراز کرده و انحرافات مرکز جرم در این صفحه را خنثی می کند. در مرحله پایانی، انحراف مرکز جرم از مرکز دوران در راستای قائم مجددا تخمین زده شده و توسط مکانیزم جابجایی جرم این محور خنثی و بالانس جرمی در راستای سه محور تکمیل می شود. در شبیه سازی از معادلات دینامیک غیرخطی استفاده شده و محدودیت سرعت عملگر کنترلی لحاظ شده است. نتایج نشان دهنده عملکرد مطلوب روش پیشنهادی در کاهش قابل توجه گشتاور پسماند ناشی از نابالانسی می باشد.کلید واژگان: بالانس جرمی خودکار، سیمولاتور وضعیت فضاپیما، تخمین پارامتر، کنترل خطیAutomatic Mass Balancing of Spacecraft Attitude Simulator by Parameter Estimation and Linear ControlIn order to perform attitude control ground experiments, it is crucial to ensure the center of mass of the platform is coincident with the center of rotation as accurate as possible. In this paper, a linearized dynamic model of the imbalanced attitude platform is derived and a linear controller is methodically designed to stabilize the system by mass relocation. The stability conditions of the system under the proposed controller are derived. The balancing procedure starts with a parameter estimation method to estimate the center of mass offsets. Next, the PD controller is applied to align the platform’s horizontal plane with the local horizontal level. Finally, the imbalance in vertical axis can be estimated and compensated to complete the automatic mass balancing. Actuator limitations and nonlinear equations of motion are implemented in numerical simulations and the results demonstrate the effectiveness of the proposed method in significantly reducing the residual imbalance torque on the simulated platform.Keywords: Automatic Mass Balancing, Spacecraft Attitude Simulator, Parameter Estimation, Linear Control
-
In this study, an adaptive sliding mode controller (ASMC) based on estimation of tire-road friction coefficient is proposed for engagement control of automotive dry clutch. The control of clutch engagement is one of the most important parts of gear-shift process for automated manual transmission. Accurate amount of drive shaft torque in modelling of powertrain system is essential to guarantee smooth engagement of the clutch and rapid response of the control system. As the tire-road friction coefficient has significant influence on drive shaft torque, an estimator is designed to calculate this parameter. The ASMC is proposed for the clutch control to overcome the system uncertainties and a proportional integral (PI) controller is adopted to engine speed control. In addition, a nonlinear estimator utilizing unscented Kalman filter is applied to estimate the state variables that are measured hardly such as wheel slip and longitudinal vehicle velocity. The simulation results demonstrate the high effectiveness of the combined use of presented controller and road friction coefficient estimator for improving the smooth clutch engagement in comparison to the control system without estimator.
Keywords: Clutch engagement control, Parameter estimation, Road friction coefficient, Adaptive sliding mode control, Unscented Kalman filter -
شناسایی سیستم به منظور استخراج مدل دینامیکی و ریاضی یک سیستم به کمک داده های آزمایش به کار برده می شود. چنانچه سیستم مورد بررسی هواپیما باشد، این فرایند شناسایی سیستم هواپیما نام می گیرد که از آن، جهت تخمین مشتقات کنترل و پایداری هواپیما استفاده می شود. روش حداقل مربعات یکی از روش های مورد استفاده در حوزه زمان و فرکانس جهت تخمین پارامترهای هواپیما است. در این مقاله شناسایی سیستم و تخمین ضرایب آیرودینامیکی هواپیمای F-16 با استفاده از روش حداقل مربعات و رویکرد خطای معادله انجام می گردد. از این رو تمرکز اصلی بر روی فرمول بندی مدل آیرودینامیکی برای تخمین ضرایب مجهول و ناشناخته با استفاده از روش حداقل مربعات است. در این راستا شبیه سازی شش درجه آزادی غیرخطی هواپیمای F-16 انجام شده و با استفاده از نتایج آن، شناسایی سیستم و تخمین تابع تبدیل کانال عرضی-سمتی و سپس، تخمین ضرایب نیرو و ممان های آیرودینامیکی کانال عرضی-سمتی هواپیما با استفاده از رگرسیون حداقل مربعات انجام شده و نتایج آن تحلیل می گردد. یافته های بدست آمده نشان می دهد که مدل سازی و تخمین ضرایب صورت گرفته تطابق بسیار خوبی با داده های مدل شبیه سازی داشته و می تواند برای مطالعات بعدی از جمله اهداف کنترلی مناسب باشد.
کلید واژگان: شناسایی سیستم، تخمین پارامتر، شبیه سازی، حداقل مربعات، خطای معادله، هواپیمای F-16System Identification is used to derive the dynamic and mathematical model of a system using experimental data. If the case study system is an aircraft, this process is called aircraft system identification, which is used to estimate the stability and control derivatives of the aircraft. The least squares method is one of the methods used in the field of time and frequency to estimate the parameters of the aircraft. In this paper, system identification and estimation of F-16 aerodynamic coefficients are performed using the least squares method and the equation error approach. Hence the main focus is on the formulation of the aerodynamic model for estimating unknown coefficients using the least squares method. In this regard, nonlinear 6-DOF of the F-16 aircraft was simulated and using its results, system identification and estimation of transfer function, force coefficients and aerodynamic moments of the aircraft lateral-directional channel using regression of least squares and the results are analyzed. The results show that the modeling and estimation of the coefficients is compatible with the experimental data and can be suitable for further studies, including control objectives.
Keywords: System Identification, Parameter Estimation, Simulation, Least Squares, Equation Error, F-16 Aircraft -
کاهش تعداد سنسورهای مورد استفاده در ماهواره سهم مهمی در کاهش هزینه های ساخت ماهواره دارد. در این راستا استفاده از الگوریتم های تخمین مدار و وضعیت یک پارچه می تواند کمک شایانی در این زمینه محسوب شود. در این مقاله الگوریتم تخمین هم زمان مدار و وضعیت ماهواره با اندازه گیری های نرخ دمای سطوح ماهواره مورد بررسی قرار گرفته است. از آن جا که ضریب آلبدوی زمین یک پارامتر مهم و با عدم قطعیت بالا در مدل حرارتی ماهواره است، تخمین آن نیز مورد توجه قرار گرفته است. تابش آلبدو و فروسرخ زمین به صورت متغیر و با استفاده از داده های واقعی سامانه ی پایش ابرها و انرژی های تابشی زمین مدل شده اند. برای تخمین مدار، وضعیت و پارامتر ضریب آلبدو نیز از فیلتر غیرخطی کالمن خنثی استفاده شده است. نتایج شبیه سازی های مونت کارلو نشان می دهد که گرچه در بازه های شب مشاهده پذیری وجود ندارد، ولی در بازه های روز ماهواره، بردار حالت به خوبی تخمین زده شده است.کلید واژگان: تخمین مدار، تخمین وضعیت، تخمین پارامتر، دمای سطوح ماهواره، ضریب آلبدوDevelopment of low-cost small satellites has been at the center of attention in recent years. Concurrent Orbit and Attitude Estimation (COAE) requires fewer sensors onboard and subsequently results in some cost reductions. In this regard, the present paper has focused on addressing the importance of COAE utilizing temperature rate on satellite surfaces. To this end, the thermal model for a low Earth orbiting satellite is introduced first. A three-axis stabilized spacecraft is assumed equipped with small measurement plates that are isolated from each other and from the internal heat sources of the satellite. As the Sun and the Earth are the significant sources of radiation for a near Earth space system, the view factor is the key parameter for observability of the orbital elements, while the Sun radiation is responsible for the attitude observability. The Earth albedo factor is a major uncertain parameter required for the thermal analysis of low Earth orbiting satellites. This parameter is greatly dependent on the Earth’s local terrain and climatic conditions such as instantaneous cloud coverage. To address the problem of albedo factor uncertainty, it is estimated simultaneously with the attitude and orbit of the satellite. NASA's CERES project provides satellite-based observations of the Earth’s radiation budget and clouds over almost 18 years. In this paper, CERES data tables for the Earth’s thermal flux and albedo factor have been used to produce more realistic measurement data. The nonlinear filter of Unscented Kalman Filter (UKF) is also exploited for the state estimation. Lack of sun radiation during the satellite’s eclipse intervals results in the loss of orbit and attitude observability. The performance and viability of the proposed COAE algorithm are verified by Monte Carlo simulations. Moreover, a sensitivity analysis is conducted within a wide range of semi major axes, eccentricities, and inclinations. The results demonstrate the high sensitivity of the algorithm to the orbit altitude and the sun rays direction.Keywords: orbit estimation, attitude estimation, parameter estimation, satellite surface temperature, albedo factor
-
سامانه سوناری یکی از ابزارهای آشکارسازی متحرک های دریایی نظیر شناورهای تندرو است. در آشکارسازی شناورها، به علت سرعت بالای متحرک، سیگنال دریافتی، با نویزهای محیطی ترکیب می شود و بنابراین شناخت پارامترهای محیط برای سامانه لازم است. محیط زیر آب یک محیط پیچیده است که متاثر از عوامل فیزیکی مختلف بوده و به دلیل ماهیت غیر ایستان و غیر خطی پدیده ها، بررسی همه پارامترهای موثر بر موج صوتی، کاری بسیار دشوار یا ناممکن است. اما برای تحلیل پدیده های آکوستیکی، نظیر نحوه انتشار موج، نحوه تضعیف سیگنال در برخورد به سطوح مختلف و مدل سازی کانال، طبق تیوری های فیزیک و ریاضی، تحلیل های آماری مختلفی ارایه شدند. یکی از این مدل ها، مدل توزیع احتمال کا (K) است که در بررسی سیگنال طنین آکوستیکی زیرآب کاربرد دارد. در این مقاله، یک سناریوی کانال صوتی شبیه سازی شده و سیگنال طنین با توزیع کا تولید شده است. سپس از روی داده و بر اساس برازش منحنی تابع توزیع تجمعی آن، پارامتر توزیع کا با استفاده از الگوریتم بهینه سازی تخمین زده شده است. روش پیشنهادی با روش های حداکثر تشابه، روش ممان و روش zlogz، مقایسه شده که نتایج تحلیل، برتری روش پیشنهادی را نسبت به دیگر روش ها نشان می دهد.
کلید واژگان: طنین آکوستیکی، تابع چگالی احتمال، توزیع آماری کا، تخمین پارامتر، الگوریتم بهینه سازیThe sonar system is one of the tools for detecting moving marine vessels such as high speed crafts. In marine vessels detection, due to the high speed of movement, the received signal is combined with ambient noise and affected by multi path, therefore it is necessary for the system to know the environmental parameters. The underwater environment is a complex environment that is affected by various physical factors and due to the non-stationary and nonlinear nature of the phenomena, it is very difficult or impossible to study all the parameters affecting the sound wave. But for the analysis of acoustic phenomena, such as how the wave propagates, how the signal attenuates in dealing with different surfaces and channel modeling, according to theories of physics and mathematics, different statistical analyzes were presented. One of these models is the K probability distribution model, which is used to study the underwater acoustic reverberation. In this paper, a scenario of underwater channel reverberation are simulated and a resonant signal with k distribution are generated. Then, based on the fitting of the curve of its cumulative distribution function, the k distribution parameter is estimated using the optimization algorithm. The proposed method is compared with the some methods such as maximum likelihood method, the method of moment and the zlogz method, which the results of the analysis show the superiority of the proposed method over other methods.
Keywords: Acoustic reverberation, probability density function, statistical k distribution, Parameter Estimation, optimization algorithm -
توموگرافی روشی غیرتماسی است که بدون آسیب رساندن به سطح جسم ساختار داخلی آن را شناسایی می کند. یکی از روش های توموگرافی، روش توموگرافی الکتریکی است که با اعمال ولتاژ و جریان الکتریکی و استفاده از یک الگوریتم بازسازی تصویر ساختار داخلی جسم را تشخیص می دهد. با وجود مزایایی همچون سادگی و ارزان قیمت بودن، تصاویر تولیدی در این روش دارای کیفیت پایینی است که علل اصلی آن نحوه اندازه گیری در سیستم توموگرافی و الگوریتم های بازسازی تصویر هستند. در این مقاله از الگوریتم لونبرگ - مارکوارت که از روش های حل مسایل انتقال حرارت معکوس است، برای بازسازی تصویر در توموگرافی الکتریکی استفاده شده است. در این روش، از ایده بازسازی تصویر با استفاده از حل معادلات انتقال حرارت رسانشی به جای حل معادلات الکتریکی برای محاسبه توزیع رسانایی حرارتی استفاده شده است. سه مساله برای بررسی قابلیت الگوریتم در تخمین هندسه مجهول انتخاب شد و نشان داده شد که این الگوریتم قادر به شناسایی هندسه مجهول است. با انجام آنالیز حساسیت برای بررسی تاثیر اغتشاش در تخمین هندسه نشان داده شد که با افزایش میزان اغتشاش، خطای ایجاد شده در تخمین شکل هندسی افزایش می یابد اما همچنان روش به ازای میزان اغتشاش اندازه گیری 30 درصد، در تخمین هندسه موفق عمل می کند. همچنین نتایج حاصل از انتخاب ترکیب-های متفاوت از سنسورهای فعال برای اعمال شار حرارتی نشان داد که علاوه بر موثر بودن سنسورهای فعال در افزایش دقت تخمین شکل، هندسه مجهول به ازای دو مرتبه اندازه گیری قابل تخمین است.
کلید واژگان: توموگرافی الکتریکی، بازسازی تصویر، انتقال حرارت معکوس، الگوریتم لونبرگ - مارکوارت، تخمین پارامترTomography is a non-invasive method that is used to visualize internal structure of an object. Electrical tomography is a method that recognizes the geometry of an object by applying voltage or current and using an image reconstruction algorithm. In spite of some advantages such as simplicity and low cost, reconstructed images by this method have low resolution and low quality. In addition to the system hardware, the reconstruction algorithms also reduces the quality of images. In this research, Levenberg – Marquardt Algorithm which is used to solve inverse heat transfer problems, is employed for image reconstruction in electrical tomography. In this technique, image reconstruction is perfomed by changing the thermal conductivity of material. Three different test cases are selected to investigate the capability of proposed algorithm in estimation of the unknown geometry and the results show that the Levenberg – Marquardt algorithm has ability to estimate unknown shapes. Sensitivity analysis is also performed in order to examine the effect of noise in detection of the unknown geometry. The results showe that with increasing the noise, the error created in the estimation of shape increases, but the estimated shape has good agreement with original geometry. Also, results of choosing different combinations of active sensors for applying thermal flux show that in addition to effectiveness of active sensors in increasing the accuracy of shape estimation, the unknown geometry can be estimated with two measurements.
Keywords: Electrical Tomography, Image Reconstruction, Inverse Heat Transfer, Levenberg – Marquardt Algorithm, Parameter Estimation -
در این مقاله، روشی برای تشخیص خرابی بالک های کنترل آیرودینامیکی در یک رهگیر مافوق صوت ارایه شده است. این خرابی ها شامل سوختن، شکستن یا باز نشدن بالک های تاشو است. در این روش از داده های سنسورهای اینرسی و مدل غیرخطی وسیله استفاده می شود تا خرابی بالک، قبل از شکست ماموریت، شناسایی شود. از بین رفتن بالک کنترلی سبب تغییر در ضرایب آیرودینامیکی و بنابراین تغییر در مدل خواهد شد. بنابراین علاوه بر تغییر در سیگنال کنترلی، مدل سیستم نیز تغییر می کند که فرایند شناسایی خرابی را پیچیده تر خواهد کرد. برای غلبه بر این مشکل، یک مدل آیرودینامیکی معادل معرفی می شود. سپس درصد صحت هر بالک توسط یک فیلتر غیرخطی در طول زمان تخمین زده می شود. در بخش نتایج، سناریوهای مختلفی شامل سوختن و شکستن بالک ها در زمان های مختلف، در حضور خطاهای آیرودینامیک و سنسورهای اینرسی بررسی شده است. نتایج حاصله نشان گر آن است که روش پیشنهادی خرابی بالک را در زمانی کوتاه و با دقت خوب تشخیص می دهد.
کلید واژگان: تشخیص خرابی بالک، فیلتر کالمن غیرخطی، وسیله ی مافوق صوت بالک کنترل، تخمین پارامتر، تخمین ضرایب آیرودینامیکیIn this paper, a new model-based fault detection method for an agile supersonic flight vehicle is presented. A nonlinear model, controlled by a classical closed loop controller and proportional navigation guidance in interception scenario, describes the behavior of the vehicle. The proposed FDD method uses Inertial measurement unit (IMU) data and nonlinear dynamic model of the vehicle to inform fins damage to the controller before leading to an undesired performance or mission failure. Broken, burnt or not opening of control surfaces causes a drastic change in aerodynamic coefficients and thus dynamic model. Therefore, in addition to the changes in the control forces and moments, system dynamics will change too, leading to the failure detection process being encountered with difficulty. To this purpose, an equivalent aerodynamic model is proposed to represent the dynamics of the vehicle, and the health of each fin is monitored by the value of a parameter which is estimated using a nonlinear filter. To identify model changes after fin failure, the aerodynamics of body and control surfaces are modeled separately. A percentage of the fins which have the ability to generate aerodynamic force is modeled by a parameter and these parameters are estimated over time, using a nonlinear estimator. Parameters estimation through the filtering approach is an indirect procedure, consisting of transforming the problem into a state estimation problem. The value of these parameters will be between 0 and 1. Where value 1 corresponds to the health of the fin and value denotes whether the fin has not opened or has been destroyed completely. The proposed method detects and isolates fins damage in a few seconds with good accuracy. Simulation results show that the new failure diagnosis algorithm estimated fins health percentage with good accuracy. After estimating the parameters, they can be sent to the controller and the controller has changed control signal.
Keywords: Fin failure detection, nonlinear kalman filter, fin control agile vehicle, parameter estimation, aerodynamic coefficient estimation -
از مشکلات اصلی طراحی یک کنترلگر، عدم اطلاع از پارامترهای معادلات دینامیکی حاکم بر سیستم است. هدف از پژوهش حاضر، ارایه روشی جهت شناسایی پارامترهای نامشخص معادلات گیمبال دو محوره و سپس اعمال کنترلر بر آن می باشد. از جمله پارامترهای نامعینی که در معادلات گیمبال وجود دارد، مولفه های ماتریس های ممان اینرسی، کوریولیس، و اصطکاک را می توان نام برد. در این تحقیق به منظور تخمین پارامترهای نامعلوم، روش گاوس- نیوتون که مبتنی بر یک تحلیل معکوس گرادیان محور است، استفاده می شود. با توجه به حساسیت شدید مسایل معکوس به خطاهای اندازه گیری با یک هموارسازی مناسب این اثر نامطلوب کاهش داده می شود. در این پژوهش برای نخستین مرتبه، یک روش دقیق برای محاسبه ضرایب حساسیت معادلات دینامیکی گیمبال ارایه می گردد. پس از فرآیند شناسایی، کنترل گیمبال دو محوره بوسیله ی کنترل مود لغزشی نیز صورت می پذیرد. گشتاورهای اعمالی به روش کنترل مود لغزشی به منظور پایدارسازی خط دید طراحی می شوند و اثبات پایداری نیز برای کنترل مود لغزشی صورت می گیرد. شبیه سازی شرایط آزمایشگاهی در بخش شناسایی و نتایج کنترلی بدست آمده، حاصل مدل سازی سیستم در نرم افزار MATLAB می باشد.
کلید واژگان: شناسایی پارامتر، روش گاوس - نیوتون، گیمبال دو محوره، کنترل مود لغزشیA major problem in design of a controller is that some of the parameters of the governing dynamic equation might be unknown. The purpose of the present study is to provide a method for identification of the unknown parameters of the dynamic equations of the two-axis gimbal system and then applying a suitable controller to it. Among the uncertain parameters which may exist in the dynamic equations of a two-axis gimbal, the components of the inertia matrix, the coriolis matrix, and the friction matrix can be named. In this research, in order to estimate the unknown parameters of the system, the Gauss-Newton method which is a gradient-based inverse technique is used. Regarding the severe sensitivity of inverse problems to measurement errors, by using a proper smoothing technique, this undesirable effect is reduced. In the present work, for the first time, an accurate technique for computation of sensitivity coefficients of the dynamic equations of the gimbal is presented. After identification of the unknown parameters, the control of the two-axis gimbal is also performed by sliding mode control. The applied moments are designed by sliding mode control to stabilize the line of sight. Also, proof of stability is presented for the sliding mode control. Simulation of the laboratory tests in the identification section and also control results are obtained by modeling of the system in MATLAB.
Keywords: parameter estimation, Gauss-Newton method, two-axis gimbal, sliding mode control -
کربن فعال نوعی از کربن است که به دلیل دارا بودن حفره های بسیار کوچک و کم حجم، سطح تماس بسیار زیادی را به منظور جذب سطحی و انجام واکنش های شیمیایی در دسترس قرار می دهد. کربن فعال به مرور زمان کاربردهای متنوعی در صنایع مختلف همچون فیلتراسیون، تصفیه آب، تبرید، کشاورزی، صنایع دارویی و غیره یافته است. شناخت خصوصیات حرارتی کربن فعال به منظور ارایه طراحی مناسب، به خصوص در سیکل های تبرید جذبی، اهمیت بسیاری دارد. در چنین طراحی هایی، مهم ترین پارامتر حرارتی توده کربن فعال ضریب هدایت حرارتی و مقاومت تماسی توده کربن فعال با دیوار ه ها می باشد. در این مطالعه، طراحی آزمایش برای انجام مطالعه تجربی و تخمین پارامترهای توده کربن فعال دانه ای صورت گرفته است. بدین منظور، کربن فعال با چهار چگالی مختلف از دانه های کربن در داخل یک استوانه فولادی بسته بندی می شود و بارگذاری حرارتی بر روی استوانه انجام می گیرد. با اندازه گیری دمای گذرا در مرکز استوانه و استفاده از روش های معکوس حرارتی اقدام به تخمین ضریب هدایت حرارتی موثر توده کربن و مقاومت تماسی آن در تماس با دیواره فولادی می شود. نتایج آزمایش نشان می دهند که با افزایش چگالی کربن (از 400 تا 750 kgm-3)، هدایت گرمایی توده ای کربن (از 22/0 تا 46/0 Wm-1k-1) و همچنین هدایت گرمایی تماسی با دیواره فولادی مجاور آن (از 60 تا 700 Wm-2k-1) افزایش می یابد که روابطی برای آن ها استخراج شده است.
کلید واژگان: کربن فعال دانه ای، ضریب هدایت حرارتی، ضریب هدایت حرارتی تماسی، تخمین پارامتر، روش معکوسActivated carbon (AC) is a kind of carbon that because of having tiny and low-volume cavities provides a good contact surface for adsorption and chemical reactions. AC has various applications in industries like filtration, water purification, refrigeration, agriculture, medicine industries and so on. Recognizing thermal properties of AC is valuable to provide an appropriate design of its applications especially in adsorption refrigeration cycles. In such designs the most important parameters of AC bulk is its thermal conductivity and thermal contact conductance resistance with wall. In this study, a test setup is prepared to conduct experimental investigation and estimate required parameters for granular AC. Granular AC with four different densities was packed in a steel closed cylinder and thermal loading was applied on its outside wall. By measuring transient temperature at the center of the cylinder and using inverse thermal methods, thermal conductivity and contact conductance with steel wall were estimated. Results show increase in thermal conductivity and contact conductance between carbon and steel wall as density increases.
Keywords: Granular activated carbon, Thermal contact conductance, Parameter Estimation, Inverse method -
کنترل مناسب دینامیک طولی خودرو نیاز به داشتن اطلاع دقیق از مقدار پارامترهای دینامیک خودرو دارد. در این مقاله الگوریتم تخمین پارامتر با نام فرم درجه دوم خطی به صورت زمان کوتاه (STLQF) برای تخمین هم زمان پارامترهای جرم خودرو، زاویه شیب جاده و ضریب درگ کلی آیرودینامیک خودرو توسعه داده می شود. سپس، کارکرد موثر تخمین گر STLQF با مقایسه عملکرد این تخمین گر با روش حداقل مربعات بازگشتی (RLS) نشان داده می شود. در پایان، الگوریتم STLQF به صورت سخت افزار در حلقه شبیه سازی می شود تا از این طریق تخمین گر STLQF با حداقل هزینه و در کوتاه ترین زمان برای نمونه سازی سریع توسعه پیدا کند.کلید واژگان: دینامیک طولی خودرو، تخمین پارامتر، فرم درجه دوم خطی به صورت زمان کوتاه، شبیه سازی سخت افزار در حلقهAppropriate control of the vehicle longitudinal dynamic requires accurate and real-time knowledge of the parameters affecting the dynamics of the vehicle. The main contribution of this paper is in developing an estimator called short-time linear quadratic form (STLQF) which is a new parameter estimation technique to simultaneously estimate the time-varying parameters that affect on vehicle longitudinal dynamics with a low latency. These parameters are the vehicle mass, time varying road slope angle and overall aerodynamic drag coefficient of the vehicle in real time. Next, the efficiency of STLQF algorithm is shown by comparing the results of STLQF technique in an experimental test against the recursive least squares (RLS) parameter estimation method. The results of implementing STLQF parameter estimation algorithm, showes the better performance of STLQF estimator compared with RLS algorithm. In the end, the STLQF estimator is simulated in hardware in the loop configuration using an AVR microcontroller in order to rapid prototype of the STLQF method by minimum cost and high accuracy in the least possible time.Keywords: Vehicle longitudinal dynamics, Parameter estimation, Short-time linear quadratic form, Hardware in the loop simulation
-
در این مقاله پس از معرفی مختصری از شبیه ساز سمت دانشگاه صنعتی امیرکبیر به استخراج روابط حاکم بر آن پرداخته می شود. به دلیل وجود اصطکاک در یاتاقان های شبیه ساز سمت، در دینامیک شبیه ساز از مدل اصطکاک ویسکوز برای مدل سازی اصطکاک در یاتاقان ها استفاده می شود. هدف این مقاله طراحی یک کنترل کننده وضعیت تطبیقی برای کنترل شبیه ساز سمت و تخمین ضرایب اصطکاک ویسکوز یاتاقان ها می باشد. به منظور جلوگیری از پدیده تکینگی در روابط حاکم، از پارامترهای رودریگز برای نمایش سینماتیک شبیه ساز استفاده می شود. ابتدا روابط حاکم بر شبیه ساز به فرم رباتیکی استخراج می شود. سپس پارامترهای تانسور ممان اینرسی شبیه ساز سمت و ضرایب اصطکاک ویسکوز به عنوان پارامترهای نامعلوم سامانه انتخاب م یشوند. در مرحله بعد با تعریف یک تابع لیاپانوف و بررسی پایداری سامانه، پارامترها به گون های تخمین زده م یشوند که خطا محدود شده و سامانه پایدار گردد. در مرحله بعد شبیه سازی سامانه در نرم افزار متلب انجام شده و تخمین پارامترهای تانسور اینرسی و ضرایب اصطکاک ویسکوز به دست می آیند. در نهایت با به دست آمدن نمودارهای مربوط به سرعت عملگرهای چرخ عکس العملی نشان داده خواهد شد که این کنترل کننده وضعیت قابلیت پیاده سازی بر روی شبیه ساز سمت امیرکبیر را دارد.کلید واژگان: ماهواره، شبیه ساز سمت، فرم رباتیکی دینامیک ماهواره، کنترل تطبیقی، تخمین پارامترهاIn this paper, after presenting a brief introduction about Amirkabir University of Technologys attitude simulator, governing equations are obtained. Viscous friction model is chosen to model the existing friction in the bearings of the attitude simulator. The main purpose of this paper is to design an adaptive attitude control algorithm for the attitude simulator in order to control it in the desired path and estimate the coefficients of friction due to simulators bearings. In order to prevent singularity in simulations, Rodriguez parameters are used for kinematics representation. Firstly, the governing equations are transformed into a robotic form. The moments of inertia and coefficients of viscous friction model are assumed as uncertainties. Then, by introducing a Lyapunov function, the stability of the system is checked and the parameters are estimated. The adaptation law is obtained by the Lyapunov function and the stability of the system is then proved. In order to demonstrate the efficiency of this adaptive control algorithm, a nonlinear Lyapunov-based attitude control algorithm is designed and compared to the adaptive controller. The simulations are done in Matlab software package and the parameters of the moment of inertia matrix and coefficients of viscous friction model are estimated by the adaptation law of the controller. During the simulation, the rotational velocity of the reaction wheels are obtained and it is shown that this attitude control algorithm is implementable on the attitude simulator.Keywords: Satellite, Attitude Simulator, Robotic form of satellite dynamic equation, Adaptive control, Parameter estimation
-
در این مقاله الگوریتم عددی تخمین پارامتر بر مبنای روش های معکوس به منظور استخراج ضریب نفوذ موثر بافت براساس توزیع ردیاب تجربی استفاده شده است. الگوریتم با استفاده از داده های مجازی که از طریق اضافه کردن نویز به داده های عددی بدست آمده از مسئله مستقیم مورد بررسی قرار گرفته است. یک مدل جامع نفوذ-جابه جایی-واکنش برای به دست آوردن توزیع ردیاب برش نگاری با نشر پوزیترون در بافت سرطان با شبکه مویرگی استفاده شده است. این مدل به دلیل در نظر گرفتن مدل جامعی از تمام فرآیندهای انتقال در بافت در این مطالعه استفاده شده است. در این کار برای بدست آوردن توزیع دقیق ردیاب در بافت، از معادله جامع نفوذ-همرفت-واکنش که یک معادله مشتقات جزیی است استفاده شده است. ردیاب مورد نظر در این کار فلوئورودی اکسی گلوکز است. حل مسئله معکوس برای تخمین ضریب نفوذ موثر بافت تومور بر پایه ی کمینه کردن نرم حداقل مربعات است. روش استفاده شده در این کار تکنیک لونبرگ مارکواردت است. حل مسئله تخمین پارامتر به وسیله تکنیک لونبرگ مارکواردت نیازمند محاسبه ماتریس حساسیت می باشد که المان های آن ضرایب حساسیت می باشند. ضرایب حساسیت که میزان تغییرات غلظت نسبت به تغییرات ضرایب نفوذ را نشان می دهند با مشتق گرفتن از معادله غلظت بدست آمده است. معادلات توزیع غلظت و ضرایب حساسیت به روش حجم محدود حل می شوند. نتایج نشان می دهد که الگوریتم معکوس قادر به تخمین پارامتر ضریب نفوذ موثر بافت است.کلید واژگان: تخمین پارامتر، روش معکوس، مدل جامع نفوذ-جابه جایی-واکنش، ضریب نفوذ موثرIn this paper, a numerical algorithm based inverse method is used to estimate effective diffusion coefficient by using experimental tracer distribution. The Algorithm uses factitious experimental data which are produced by adding noise to numerical data obtained from direct problem. A comprehensive model (Diffusion-Convection-Reaction) is used to derive PET tracer distribution in tumor tissue with microvasculature network. This model was used because of considering all transport phenomena in tissue. In this work to achieve accurate distribution of tracer in tumor tissue, convection diffusion reaction equation which is a PDE is implemented. The proposed tracer in this work is Fluorodeoxyglucose (18F). Solution of inverse problem for estimating effective Diffusion Coefficient is based on minimization of least squares norm. In this work Levenberg-Marquardt technique is applied. Solution of parameter estimation problem require calculation of sensitivity matrix which elements are sensitivity coefficients. Sensitivity coefficients shows differentiation of Tracer concentration with respect to Effective Diffusion coefficient variation is calculated using first derivation of concentration equation. The equations of concentration distribution and sensitivity coefficients are solved using Finite volume method. The results show that the numerical algorithm is able to estimate the effective diffusion coefficient in tissue.Keywords: Parameter estimation, Inverse problem, Comprehensive model, Diffusion-Convection-Reaction, effective diffusion coefficient
-
در مقاله حاضر ضریب پخش در یک بافت سالم و تومور با استفاده از روش مسائل معکوس تخمین زده می شود. برای این کار ابتدا توزیع پخش دارو (با فرض ضریب پخش یکنواخت و آیزنتروپیک) در بافت به عنوان مسئله مستقیم در نظر گرفته شده است. در مسئله مستقیم معادله حاکم، معادله پخش-جابجایی می باشد که فرم تعمیم یافته قانون فیک است. در اینجا یک چشمه و یک چاه تعریف می گردد به صورتیکه، چشمه تحت عنوان نرخ انتقال ماده حل شدنی بر واحد حجم از رگ به فضای بافت و چاه تحت عنوان نرخ انتقال ماده حل شدنی بر واحد حجم از فضای میان بافتی به رگهای لنفاوی، به این معادله ها اضافه می گردد. برای حل مسئله مستقیم روش تفاضل محدود در نظر گرفته شده است. سپس ضرایب پخش بافت سالم و تومور را توسط روش تخمین پارامتر لونبرگ-مارکوات تقریب می زنیم. این روش بر اساس کمینه کردن مجموع مربعات خطاها می باشد که در مقاله حاضر اختلاف بین غلظت تخمینی و غلظت اندازه گیری شده توسط تصاویر پزشکی (شبیه سازی شده به صورت عددی) به عنوان خطا در نظر گرفته می شود. نهایتا، نتایج به دست آمده توسط روش لونبرگ- مارکوات پاسخ های قابل قبولی در تخمین ضرایب پخش بافت سالم و تومور ارائه داد.کلید واژگان: مسائل معکوس، لونبرگ - مارکوات، تومور، بافت سالم، تخمین پارامترIn this paper, the diffusion coefficient in a normal tissue and tumor are to be estimated by the method of inverse problems. At the beginning, distribution of drug (with the assumption of uniform and isentropic diffusion coefficient) in the tissue is considered as the direct problem. In the direct problem, the governing equation is the convectiondiffusion, which is the generalized form of ficks law. Here, a source and a sink are defined; the source as the rate of solute transport per unit volume from blood vessels into the interstitial space and the sink as the rate of solute transport per unit volume from the interstitial space into lymph vessels are added to this equation. To solve the direct problem, the finite difference method has been considered. Additionally, the diffusion coefficient of a normal tissue and tumor will be approximated by parameter estimation method of Levenberg-Marquardt. This method is based on minimizing the sum of squared errors which in the present study, considered error is the difference of the estimated concentration and the concentration measured by medical images (simulated numerically). Finally, the results obtained by Levenberg-Marquardt method have provided an acceptable estimation of diffusion coefficient in normal tissue and tumor.Keywords: Inverse problems, Levenberg-Marquardt, Tumor, Normal tissue, Parameter estimation
-
در سیستم تزریق سلولی که شاخه ای نوین در علم پزشکی است، سلول زنده را بر روی صفحه دوار سلولی چیده و با ابزار تزریق توسط سوزن ظریفی، ماده شیمیایی را به سلول تزریق می کنند. کنترل کننده به تنظیم ارتفاع، موقعیت و جهت صفحه دوار، می پردازد و ابزار تزریق بدون نیاز به سیستم کنترلی، یک مسیر معین را ردگیری می کند. جابجایی صفحه دوار به دلیل حساسیت بالای سلول، سبب آسیب یا مرگ تعدادی از سلول ها می گردد. پیشنهاد این مقاله به منظور افزایش میزان موفقیت و کاهش آسیب به سلول، ثابت کردن صفحه سلولی و جایگزینی ربات اسکارا با ابزار تزریق می باشد. در این حالت صفحه سلولی هیچ حرکتی ندارد و بازوی ربات، کنترل می شود. ربات اسکارا، توانایی همزمان ردگیری موقعیت مطلوب و اعمال نیروی متغیر با زمان، مناسب و بدون نویز را داراست. با مدل غیرخطی پیشنهادی محیط، پارامترهای مدل سلول تزریقی را تخمین زده و به کمک روش بازگشتی کمترین مربعات خطا، بهینه می گردد. تاکنون تمامی روش های سیستم تزریق سلولی، بر مبنای کنترل گشتاور بوده که سیستم کنترلی به دینامیک ربات و سلول وابسته بود. در این مقاله به اعمال کنترل امپدانس در حوزه ولتاژ پرداخته شده. این روش که به کنترل محرکه های ربات می پردازد، ساده تر است و به مدل دینامیکی پیچیده ربات و سلول تحت تزریق بستگی ندارد. طراحی کنترل کننده تطبیقی مقاوم در حضور اغتشاش خارجی و نامعینی های مدل محرکه ربات است، تا بر این چالش غلبه کند. تحلیل پایداری نشان می دهد که؛ سیستم ربات پایدار است. نتایج شبیه سازی ها، بیانگر کارایی مطلوب طرح رباتیکی شدن سیستم تزریق سلولی پیشنهادی می باشد.کلید واژگان: کنترل امپدانس، تخمین پارامتر، دینامیک ربات اسکارا، کنترل ولتاژ، تزریق سلولی رباتیکیCell injection system in medicine used to inject the materials into the cells. The injection system consists of Injector and rotating plate. The controller sets height, position and orientation of the rotating plate. The proposal of this article is to replace SCARA robot injection tool and it included ability in desired position tracking and applied to time-varying force. In recent articles the control system applies to the rotating plate of Cells and this method can cause the damaging risk. The proposed method is fixed plate and to increase the success rate, the robot had been controlled. The parameters of environmental models are estimated by nonlinear proposed models and by using the recursive method, the minimum of squares errors will be optimal. The voltage strategy can control robot actuators. This method is simpler and free from the manipulator dynamics. In all recent studies, the impedance control is based on the torque control method and the proposed method of this article is applying the impedance control using voltage control. The robust adaptive impedance controller is designed in the presence of uncertainties. The simulation's results demonstrate desired performance of the proposed methodKeywords: Force-Impedance Control, Parameter Estimation, SCARA Robot Dynamic, Voltage Strategy, Robotic Cell injection
-
در این مقاله به طراحی استراتژی کنترلی برای یک ربات پرنده بدون سرنشین چهار پره برای ردیابی مسیر مطلوب پرداخته شده است. ابتدا معادلات دینامیکی توسط فرمول اویلر- لاگرانژ استخراج شده است. سپس از روش کنترلی خطی پیش بین بر مبنای خطای فضای حالت برای ردیابی حرکات انتقالی و از کنترل غیر خطی مقاوم H∞ برای پایدارسازی حرکات چرخشی کوادروتور و رد اغشتاش خارجی استفاده شده است. در هر دو روش کنترلی از انتگرال خطای موقعیت استفاده شده است، که باعث دستیابی به یک خطای حالت ماندگار پوچ در برابر اغتشاش پایدار ورودی به سیستم می شود. اغتشاش خارجی به صورت گشتاورهای آیرودینامیکی در نظر گرفته شده است. با افزایش نامعینی در جرم و ممان های اینرسی سیستم کنترل طراحی شده، به صورت کامل قادر به ردیابی و پایدارسازی نمی باشد، لذا برای حذف آثار نا معینی پارامتری و افزایش قوام سیستم در برابر این نامعینی ها از روش حداقل مربعات بازگشتی برای تخمین پارامتر های جرم و اینرسی که خطی می باشند، استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می-دهد، که سیستم کنترلی طراحی شده با وجود تخمین پارامترهای سیستم، عملکرد مناسبی در پایدارسازی و ردیابی مسیر مطلوب و رد اغتشاش خارجی و نامعینی های پارامتری دارد.کلید واژگان: کوادروتور، کنترل غیر خطی مقاوم?H، کنترل پیش بین، تخمین پارامتر، حداقل مربعات بازگشتیIn this paper, a trajectory tracking control strategy for a quadrotor flying robot is developed. At first, dynamic model is obtained by lagrange-euler approach. Then, control structure, consisting of a model-based predictive controller, has been used based on state space error to track transitional movements for reference trajectory and also robust nonlinear H∞ control is applied for stabilizing the rotational movements and reject the external disturbance. In both controllers the integral of the position error is considered, allowing the achievement of a null steady-state error when sustained disturbances are acting on the system. The external disturbances is considered as aerodynamic torques. If uncertainties increase, the designed control system will be unable to track and stabilizing perform properly and completely. So finally, in order to eliminate the effects of parameter uncertainties the recursive least squares is used for estimating mass and moment inertia parameters which are linear and it is applied to the control system. Simulation results show that by using estimation of system parameters, the proposed control system has a promising performance in terms of stabilization and position tracking even in the presence of external disturbance and parametric uncertainties.Keywords: Quadrotor, Nonlinear Robust H∞ Predictive Control, Parameter Estimation, Recursive Least Squares
-
فیلتر کالمن آنسنتد (UKF) یکی از معروفترین فیلترها جهت تخمین متغیرهای حالت آغشته با نویز گوسی و سفید یک سیستم غیرخطی است. همچنین این فیلتر در تخمین پارامترهای شبکه های عصبی چند لایه ای نیز مورد استفاده قرار می گیرد. شبکه عصبی نوع GMDH یکی از پرکاربردترین شبکه های عصبی است که از توانایی بالایی در مدل سازی داده های پیچیده برخوردار است. در تحقیقات زیادی از روش های گوناگون نظیر تجزیه مقادیر منفرد و الگوریتم ژنتیک برای تعیین ضرایب این شبکه عصبی استفاده شده است. در این مقاله، از فیلتر کالمن آنسنتد جهت تخمین پارامترهای شبکه های عصبی نوع GMDH برای داده های آزمایشگاهی دارای قطعیت و عدم قطعیت استفاده شده است. با استفاده از این روش، ضرایب بر روی جدول داده های آزمایشگاهی بدون درنظر گرفتن نامعینی بدست آمدند و برای بررسی مقاوم بودن مدل بدست آمده در برابر نامعینی های موجود در داده ها از روش مونت کارلو استفاده گردید. نتایج شبیه سازی برای دو جدول داده های آزمایشگاهی چند ورودی- یک خروجی نشان می دهند که الگوریتم ارائه شده نسبت به سایر روش ها، رفتار بسیار مقاومتری در مواجهه با نامعینی ها دارد.
کلید واژگان: شبکه های عصبی نوع GMDH، فیلتر کالمن آنسنتد (UKF)، نامعینی، شناسایی پارامترها، شناسایی مدلThe Unscented Kalman filter (UKF) is the popular approach to estimate the recursive parameter of nonlinear dynamical system corrupted with Gaussian and white noises. Also, it has been applied to train the weights of the multi-layered neural network (MNN) models. The Group method of data handling (GMDH)-type neural network is one of the most widely used neural networks which has high capacity in modeling of the complex data. In many researches, different approaches are used in training of neural networks in terms of associated weights or coefficients, such as singular value decomposition, and genetic algorithms. In this paper, the unscented Kalman filter is used to train the parameters of GMDH-type neural network when the experimental data are deterministic. The effectiveness of GMDH-type neural network with UKF algorithm is demonstrated by the modeling of the using a table of the multi input-single output experimental data. The simulation result shows that the UKF-based GMDH algorithm perform well in modeling of nonlinear systems in comparison with the results of using traditional GMDH-type neural network and is more robust against the model and measurement uncertainty.Keywords: GMDH, type neural network, Unscented Kalman Filter, Uncertainty, Parameter estimation, Model identification -
در مقاله حاضر، دبی و مکان نشتی در خط لوله گاز طبیعی با استفاده از روش آنالیز معکوس تخمین زده شده است. برای این منظور، در ابتدا جریان ناپایای گاز طبیعی درون خط لوله به عنوان مسئله مستقیم شبیه سازی عددی شده است. در مسئله مستقیم فرض شده است که دبی جرمی و مکان نشتی معلوم است. معادلات حاکم بر این مسئله معادلات اویلر ناهمگن می باشند که اثر نشتی به صورت یک جمله چشمه در آن اعمال شده است. برای حل عددی این معادلات، روش تجزیه شار استیگر-وارمینگ به کار رفته است. سپس مکان و نرخ گاز نشت یافته از خط لوله با استفاده از روش تخمین پارامتر لونبرگ-مارکوارت تخمین زده شده است. این روش یک الگوریتم تکرار و بر اساس کمینه کردن مجموع مربعات خطاها می باشد که در این مقاله اختلاف بین فشارهای تخمینی و فشارهای اندازه گیری شده توسط فشارسنج (بطور عددی شبیه سازی شده است) به عنوان خطا در نظر گرفته شده است. نتایج مسئله مستقیم سازگاری خوبی با نتایج روش های مک-کورمک و مشخصه ها در بازه های زمانی مشخص دارد. نتایج آنالیز معکوس نشان می دهد که الگوریتم لونبرگ-مارکوارت روشی کارا و نسبتا پایدار برای تخمین دبی جرمی و مکان نشتی در خط لوله انتقال گاز است.
کلید واژگان: آنالیز معکوس، لونبرگ، مارکوارت، تخمین پارامتر، تخمین دبی جرمی و مکان نشتی، خط لوله گاز طبیعیIn this paper، mass flow rate and location of leakage in natural gas pipeline has been estimated simultaneously using inverse analysis. For doing so، at first natural gas transient flow in pipeline has been simulated numerically; this simulation is named direct problem. In the direct problem، it is assumed that the mass flow rate and location of leakage is definite and the governing equations are inhomogeneous well-known Euler equations. In these equations، the leakage effect has been considered as a source term. Steger–Warming flux splitting method has been used for numerical analysis of these equations. Then the location and mass flow rate of gas leakage of pipeline have been estimated simultaneously using Levenberg-Marquardt method for parameter estimation. This method is an iterative algorithm and based on minimizing the sum of the squares of the errors which are difference between pressures computed by the direct problem and pressures measured by pressure gauges. The results of the direct problem have good agreement with Mac–Cormack method and characteristics method of specified time intervals. The results of the inverse analysis demonstrate that Levenberg-Marquardt algorithm is stable and efficient enough to estimate simultaneously the mass flow rate and location of leakage in natural gas pipeline.Keywords: Inverse analysis, Levenberg, Marquardt, Parameter estimation, Mass flow rate, location of leakage estimations, Natural gas pipeline
- 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.