فهرست مطالب

کنترل - سال سیزدهم شماره 3 (پاییز 1398)
  • سال سیزدهم شماره 3 (پاییز 1398)
  • تاریخ انتشار: 1398/09/10
  • تعداد عناوین: 7
|
  • مهدی اردشیری، علیرضا الفی* صفحات 1-14

    در این مقاله مساله بهینه سازی مسیر حرکت ناظر در ردیابی مکان اهداف متحرک سطحی با اندازه گیری زاویه سمت به تنهایی مطالعه می شود. عملکرد ردیابی هدف با زاویه سمت به تنهایی، به میزان رویت پذیری موقعیت اهداف در مسیرحرکتی ناظر/هدف یا مانور بهینه ناظر وابسته است. بدین منظور معیار بهینگی مستقل از تخمین گر هدف، بیشینه دترمینان باند پایین ماتریس اطلاعات فیشر انتخاب می-شود. ابتدا مدل سازی مساله کنترل بهینه مسیر رویت گر به روش چند جمله ای متعامد چبی شف انجام می شود. سپس با بهینه سازی مستقیم عددی، قانون کنترل برای حرکت رویت گر مستقل از شرایط اولیه بدست می آید. مزایای مدل سازی پیشنهادی بیشینه کردن رویت-پذیری کل زمان مانور، محاسبه قانون کنترل در زمان شروع مانور و انعطاف بالا در اعمال محدودیت های مسیر حرکت ناظر می باشد. کارایی روش ارائه شده توسط شبیه سازی با روش مونت کارلو با روش های مرسوم بهینه سازی مسیر به طور جامع مقایسه می گردد. همچنین عملکرد در سناریوهای مختلف برای ردیابی اهداف دور، نزدیک، متحرک و ساکن ارزیابی شده و قابل اعتماد بودن آن بررسی می شود. این روش در مساله کاربردی ردیابی یک شناور سطحی توسط زیردریایی با استفاده از سونار نیز استفاده می شود.

    کلیدواژگان: رهگیری سمت به تنهایی، رویت پذیری هدف، ماتریس اطلاعات فیشر، مسیر بهینه رویتگر، چندجمله ای چبی شف
  • فریده چراغی شامی*، علی اکبر قره ویسی، ملیحه مغفوری فرسنگی، محسن محمدیان صفحات 15-27

    این مقاله به ارائه روش جدیدی جهت تخمین و توسعه ناحیه جذب سیستم های قطعه ای آفاین دوبعدی زمان-پیوسته پرداخته است. تاکنون برای تخمین و توسعه ناحیه جذب سیستم های قطعه ای آفاین زمان-پیوسته از توابع لیاپانوف پیوسته گوناگونی استفاده شده است. در روش پیشنهادی، در قالب نگاهی نو و به کمک تابع لیاپانوف قطعه ای مجذوری ناپیوسته، ناحیه جذب سیستم حول مبدا مختصات با طراحی کنترل کننده فیدبک حالت توسعه می یابد. در این مقاله نشان داده می شود که شرط پیوستگی تابع لیاپانوف بر روی مرز سلول ها، محافظه-کاری تخمین ناحیه جذب سیستم را افزایش می دهد و تصحیح این شرط، قابلیت جستجوی قدرتمندتری را به الگوریتم تخمین ناحیه جذب می بخشد. نتایج شبیه سازی گویای برتری روش پیشنهادی نسبت به روش مبتنی بر تابع لیاپانوف پیوسته است به نحوی که با استفاده از این روش، ناحیه جذب بزرگتری نسبت به روش  پیوسته متناظرش بدست آمده است.

    کلیدواژگان: ناحیه جذب، سیستم های قطعه ای آفین زمان-پیوسته، کنترل کننده فیدبک حالت، تابع لیاپانوف قطعه ای مجذوری ناپیوسته
  • شهاب رجبی، امیر موسوی نیا* صفحات 29-39

    پس از ارائه دستگاه کینکت، محصول شرکت مایکروسافت گزارشهای بسیاری از کاربرد این دستگاه در تشخیص حالت دست و انگشتان منتشر شده-است. در بیشتر این کاربرد ها اطلاعات ژرفا تنها برای جداسازی تصویر دست از پس زمینه استفاده شده و پردازش اصلی بر روی تصاویر ویدیویی و در فضای دو بعدی انجام شده است. در این مقاله روشی ارائه می شود که اطلاعات ژرفا نقش پر رنگ تری در پردارش دارند. با کمک روش آستانه گذاری مبتنی بر ژرفا، ابتدا قالب دست شخص در فضای سه بعدی استخراج می شود. سپس در فضای سه بعدی، راستای عمود برکف دست پیدا شده و با استفاده از ماتریسهای دوران و انتقال، این راستا با راستای دوربین همسو می شود. به این ترتیب دورانهای دست حول محورهای پیچ و یاو از تصویر حذف شده و با استفاده از ماتریس انتقال، تصویر دست در فاصله مشخصی از دوربین قرار می گیرد. در مرحله بعد، از دو ابزار تبدیل موجک و یک توصیفگر جدید به نام توصیفگر دایروی که در این سیستم معرفی شده است برای استخراج ویژگی ها استفاده می شود. یک شبکه های عصبی، غربالگری اولیه را در ویژگی های استخراج شده توسط تبدیل موجک انجام داده و سپس توصیفگر دایروی با استفاده از ماشین بردار پشتیبان بازشناسی حرف موردنظر را به اتمام می رساند. در آزمایشهای عملی با کمک اطلاعات برخط سنسور کینکت دقت شناسایی حروف الفبای فارسی %7/96 و تاخیر 2 ثانیه برای هر علامت بدست آمده است.

    کلیدواژگان: الفبای ایستای فارسی ناشنوایان، سنسور کینکت، تبدیل موجک، توصیفگر دایروی، شبکه عصبی
  • داود ناصح، ناصر پریز*، علی وحیدیان کامیاد صفحات 41-50

    در این مقاله معیارهایی برای بررسی پایداری سیستم های غیرخطی هایبرید دارای تاخیر زمانی توصیف شده با معادلات دیفرانسیل فازی ضربه ای ارائه می گردد. ابتدا قضیه مقایسه سیستم دیفرانسیل فازی با سیستم دیفرانسیل معمولی در N بعد بر اساس مفهوم غیرنزولی شبه یکنوای فوقانی بیان می گردد. در اینجا برای تحلیل پایداری سیستم های دینامیکی فازی، توابع شبه لیاپانوف برداری تعریف می گردند. سپس با استفاده از این توابع به همراه قضیه مقایسه جدید برخی قضایا برای بررسی انواع مفاهیم پایداری (پایداری نهایی، پایداری مجانبی، پایداری قوی و پایداری یکنواخت) برای سیستم دیفرانسیل فازی هایبرید ضربه ای دارای تاخیر مطرح می شوند. علاوه بر آن، قضایای پایداری کاربردی بر حسب دو معیار ارائه شده و به اثبات می رسند. در انتها مثالی دوبعدی برای نحوه بکارگیری قضایای پایداری مطرح و پایداری یک سیستم دیفرانسیل فازی دارای تاخیر بررسی می گردد. در نهایت با مثالی عملی در حوزه پزشکی، پلی بین مبانی ریاضی تحقیق و کاربرد عملی پژوهش تبیین می کنیم.

    کلیدواژگان: سیستم دیفرانسیل فازی، سیستم غیرخطی هایبرید، توابع شبه لیاپانوف برداری، تاخیر زمانی
  • مجتبی هادی برحق طلب*، وحید میگلی، ولی الله غفاری صفحات 51-70

    در این مقاله یک کنترل کننده ترکیبی ANFIS+PID برای کنترل یک بازوی ربات شش درجه آزادی طراحی شده و همگرایی خطای آن نیز مورد بررسی قرار گرفته است. از جمله مزایای این ترکیب جدید نسبت به ساختار ANFIS معمول، قابلیت فرموله کردن و تخمین عدم قطعیت ها و اغتشاشات سیستم به همراه دینامیک های سیستم و حذف آن می باشد. بعلاوه با این ترکیب جدید می توانیم همگرایی به صفر خطای سیستم بازوی ربات تحت کنترل پیشنهادی را بررسی کرده و به اثبات برسانیم، که در ساختار ANFIS معمولی این امکان وجود ندارد. این کنترل کننده پیشنهادی از ترکیب موازی یک شبکه ANFIS معمولی با یک کنترل کننده خطی PID بوجود آمده و بطور موفقیت آمیزی برای کنترل یک سیستم بازوی ربات شش درجه آزادی بکار برده می شود. هم چنین با استفاده از قضیه شبه لیاپانوف (لم باربالات)، همگرایی به صفر خطای سیستم تحت کنترل، با وجود عدم قطعیت ها و اغتشاشات خارجی سیستم به اثبات می رسد.

    کلیدواژگان: ANFIS، کنترل کننده PID، همگرایی خطا، بازوی ربات شش درجه آزادی، قضیه شبه لیاپانوف
  • علیرضا رمضانی مقدم، حامد کبریایی* صفحات 71-83

    این مقاله به بررسی طراحی یک کنترل کننده خطی تصادفی برای مدل نامعین تعلیق خودرو می پردازد. برای سیستم یک چهارم خودرو که پارامترهای میرایی و سختی آن متاثر از اغتشاشات تصادفی است مدل تصادفی ایتو به دست آمده است. به منظور مقابله با عدم قطعیت مدل، قانون کنترلی بهینه تصادفی با استفاده از معادلات تصادفی همیلتون-جاکوبی-بلمن استخراج شده است. در ادامه با استفاده از لم ایتو و تعمیم تصادفی پایداری لیاپانوف، پایداری تصادفی سیستم حلقه بسته اثبات می شود. کنترل کننده تصادفی طراحی شده، برای فرم کلی سیستم های نامعین ایتو که در آن نویزهای سفید گوسی مستقل در چندین کانال روی پارامترهای سیستم تاثیر می گذارند، استخراج شده است که در ادامه بر روی مدل تصادفی تعلیق خودرو پیاده سازی می شود. همچنین در این مقاله نشان خواهیم داد قانون استقلال طراحی رویتگر از کنترل کننده برای چنین سیستم های نامعینی که نویز در پارامترها ضرب می شود برقرار نخواهد بود. در نتیجه تمهیدی جهت طراحی رویتگر خطی برای این سیستم ها با استفاده از معادلات سیستم افزونه به دست آمده است. در نهایت نتایج شبیه سازی های عددی جهت صحه گذاری بر کارآمدی روش ارائه شده آورده شده است.

    کلیدواژگان: معادلات تصادفی ایتو، عدم قطعیت ضرب شونده، سیستم تعلیق فعال، پایداری تصادفی، رویتگر حالت
  • مصطفی فرامین، بهروز رضایی*، زهرا رحمانی صفحات 85-94

    هدف از این مقاله ارائه ی یک روش جدید برای کنترل کلاسی از سیستم‎های پارامتر متغیر از طریق کنترل رویتگر بازه ای می باشد . رویتگرهای بازه ای برای سیستم‎های دارای نامعینی کاربرد دارند و به جای تخمین حالت‎ها ، کران‎هایی را برای آنها تعیین می کنند . نشان داده شده است که اگر بتوان با طراحی ورودی‏های کنترلی مناسب کران‎های رویتگر بازه ای را کنترل نمود، با همان ورودی‎های کنترلی حالت‎های سیستم نیز کنترل می شوند. در این راستا ابتدا یک رویتگر بازه ای مناسب برای سیستم پارامتر متغیر طراحی می شود و شرایط لازم برای یکنواخت بودن معادله ی دینامیکی شامل کران‏های پایین و بالای خطا ارائه می گردد . سپس برای پایدارسازی سیستم، کنترل‎کننده‎ی جدیدی برای رویتگر بازه‎ای طراحی می‎گردد تا کران‎های روی حالت‎ها را پایدار سازد و در نتیجه حالت‎های سیستم نیز پایدار شوند . کنترل کننده ی پیشنهادی مبتنی بر روش کنترل مد لغزشی تطبیقی می باشد که برای مقابله با تغییرات بعضی از پارامترهای رویتگر بازه ای و کاهش اثرات اغتشاشات موجود در سیستم استفاده می شود . با انتخاب یک تابع لیاپانف مناسب شرایط پایداری و محدوده ی پایداری رویتگر تعیین می شود. نتایج شبیه سازی این روش برای یک سیستم  نمونه نشان دهنده کارایی روش پیشنهادی است.

    کلیدواژگان: رویتگر بازه ای، سیستم پارامتر متغیر، کنترل مبتنی بر رویتگر، کنترل مد لغزشی تطبیقی
|
  • Mahdi Ardeshiri, Alireza Alfi* Pages 1-14

    In this paper, an optimization problem for the observer trajectory in the bearings-only surface moving target tracking (BOT) is studied. The BOT depends directly on the observability of the target's position in the target/observer geometry or the optimal observer maneuver. Therefore, the maximum lower band of the Fisher information matrix is opted as an independent criterion of the target estimator. First, modeling of the optimal control problem of the observer path is presented based on the orthogonal Chebyshev polynomial. Then, a control law for the observer direction, which is independent of the initial conditions, is obtained using the direct numerical optimization. The advantages of the proposed model include maximization of the total maneuver time, calculation of the control law at the start time of the maneuver, and high flexibility in applying the tracking constraints of the observer's motion. The efficiency of the proposed algorithm is compared with the conventional path optimization methods using the Monte Carlo. In addition, the performance of the algorithm is evaluated in different scenarios for target tracking, including remote, near, moving, and stationary, and its reliability is investigated. It is also applied in the surface submarine tracking problem using sonar.

    Keywords: Bearings only tracking, Target observability, Fisher information matrix, Optimal observer path planning, Chebyshev polynomial
  • Farideh Cheraghi Shami*, Ali Akbar Gharaveisi, Malihe M. Farsangi, Mohsen Mohammadian Pages 15-27

    This paper presents a new approach to estimate and to enlarge the domain of attraction for a planar continuous-time piecewise affine system. Various continuous Lyapunov functions have been proposed to estimate and to enlarge the system’s domain of attraction. In the proposed method with a new vision and with the aids of a discontinuous piecewise quadratic Lyapunov function, the domain of attraction at the origin is enlarged by designing a state feedback controller. This paper shows that the continuity of the Lyapunov function on the boundaries, increases the conservativeness in estimating the domain of attraction, and gives more powerful search ability to the domain of attraction estimation algorithm by relaxing this continuity condition. The simulation results show the superiority of the proposed method so that using this method the larger estimation of the domain of attraction is obtained than continuous one.

    Keywords: domain of attraction, continuous-time piecewise affine systems, state feedback controller, discontinuous piecewise quadratic Lyapunov functions
  • Shahab Rajabi, Amir Mousavinia* Pages 29-39

    There are many reports of using the Kinect to detect hand and finger gestures after release of device by Microsoft. The depth information is mostly used to separate the hand image in the two-dimension of RGB domain. This paper proposes a method in which the depth information plays a more dominant role. Using a threshold in depth space first the hand template is extracted. Then in 3D domain the perpendicular vector to the hand surface is found. Using the rotation matrix all the rotations along three axes are compensated in a way that the camera z- coordinate lies perpendicular to hand surface. Then the resulted 3d image is translated to a distance of 80 to 100 cm from the Kinect. Wavelet transform with a new descriptor, called Circular Descriptor are used to extract required features. A trained MLP neural network in conjunction with a SVM is used to classify the signs. Empirical results show an average accuracy of 96.7 % with a two seconds delay for online recognition of Persian Sign Language.

    Keywords: Persian sign language, deaf people, Kinect sensor, wavelet, circular descriptor
  • David Naseh, Naser Pariz*, Ali Vahidian Kamyad Pages 41-50

    In this paper we introduce some stability criteria of nonlinear hybrid systems with time delay described by impulsive hybrid fuzzy system of differential equations. Firstly, a comparison principle for fuzzy differential system based on a notion of upper quasi-monotone nondecreasing is presented. Here, for stability analysis of fuzzy dynamical systems, vector Lyapunov-like functions are defined. Then, by using these functions together with the new comparison theorem, we will get results for some concepts of stability (eventual stability, asymptotic stability, strong stability and uniform stability) for impulsive hybrid fuzzy delay differential systems. Furthermore, theorems for practical stability in terms of two measures are introduced and are proved. Finally, an illustrating example for stability checking of a differential system with fuzziness and time delay is given. Then, by introducing an applied example in Pharmacokinetics, we bridge theoretical concepts to the application of research in real world.

    Keywords: fuzzy differential system, nonlinear hybrid system, vector Lyapunov-like function, time delay
  • Mojtaba Hadi Barhaghtalab*, Vahid Meigoli, Valiollah Ghaffari Pages 51-70

    In this paper, an ANFIS+PID hybrid control policy has been addressed to control a 6-degree-of freedom (6-DOF) robotic manipulator. Then its error convergence has been also evaluated. The ability to formulate and estimate the system uncertainties and disturbances along with system dynamics and rejecting the disturbances effect are some advantages of the proposed method in   comparing with the conventional ANFIS structures. The error convergence could not be proved in the ordinary ANFIS structures. But in the proposed method, the error convergence of the robot manipulator can be established under considering some mathematical conditions. The proposed control law is realized via parallel combination of ordinary ANFIS network and PID controller. The suggested method has been successfully applied in a 6-DOF robot manipulator system. Furthermore, in presence of uncertainties and  external  disturbances  error  convergence  would  be  justified  using  the Lyapunov-like  theorem and Barbalat lemma.

    Keywords: ANFIS, PID controller, error convergence, 6-DOF robot manipulator, Lyapunov-like theorem
  • Alireza Ramezani Moghadam, Hamed Kebriaei* Pages 71-83

    This paper investigates Itô-type stochastic linear quadratic controller design for uncertain model of vehicle suspension. The Itô stochastic model of quarter-car is constructed considering parametric stochastic perturbations in stiffness and damping characteristics of suspension. To tackle with uncertainties of model, a stochastic optimal control law is obtained applying stochastic Hamilton-Jacobi-Bellman equation. By means of Itô lemma and stochastic extension of Lyapunov method, stochastic stability of the closed-loop system is guaranteed. The stochastic optimal controller is designed for a general form of Itô uncertain model which is comprised multi-dimensional multiplicative perturbations and then it is implemented on perturbed model of vehicle suspension. Furthermore, it is shown that the separation principal does not hold for the system with state multiplicative noise; therefore, the synthesized observer-based controller guarantees the stability of augmented dynamic consists of system and estimation error dynamics. A simulation study is performed to evaluate the effectiveness of stochastic optimal control approach in satisfying objectives of active suspension. To this end, time and frequency responses of ride comfort and road holding characteristics are demonstrated for two specific road cases including sinusoidal bump and ISO random profile.

    Keywords: Itô stochastic equations, multiplicative perturbation, Active suspension system, stochastic stability, Observer
  • Mostafa Faramin, Behrooz Rezaie*, Zahra Rahmani Pages 85-94

    The aim of this paper is to propose a novel method for controlling a class of parameter-varying systems by controlling interval observer. The interval observers, that are applicable for the systems with uncertainty, estimate bounds on the states instead of estimating the states. It has been shown that by designing appropriate control inputs for controlling the bounds of the interval observer, the states of the system can be also controlled using the same control inputs. For this purpose, a suitable interval observer is firstly designed for the parameter-varying system and the required conditions, for which the dynamical system consisting of lower and upper bounds on error is monotone, are presented. Then, a novel controller is designed for stabilizing the interval observer such that the bounds on the states are stabilized and thereby the states are also stabilized. The proposed controller is based on adaptive sliding mode control method that is utilized to tackle the effects of variations in some parameters of the interval observers as well as the existing disturbances in the system. By choosing an appropriate Lyapunov function, the conditions and areas for the stability of the observer are determined. Simulation results, obtained by applying the method to a sample system, show the effectiveness of the proposed method.

    Keywords: Interval observer, parameter-varying systems, observer-based control, adaptive sliding mode control