فهرست مطالب

مجله کنترل
سال چهاردهم شماره 1 (بهار 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/02/12
  • تعداد عناوین: 8
|
  • بهروز یونسی، اشکان سبقتی، سعید شمقدری* صفحات 1-10

    در این مقاله الگوریتمی برای بهبود طراحی کنترل کننده ی PID مقید براساس بهینه سازی محدب - مقعر ارایه شده است. این روش طراحی مبتنی بر بهینه سازی یک تابع عملکرد با درنظرگرفتن قیود پایداری و کارایی با تحلیل در حوزه ی فرکانس می باشد که در آن از مفاهیم حساسیت و مکمل حساسیت استفاده شده است. با یک مثال نقض نشان داده می شود که روش های قبلی، برای دسته ای از سیستم ها کارایی ندارد و مسئله ی بهینه سازی، به صورت نامحدود از بالا شده و متوقف می شود. برای رفع این مشکل، به شرایطی که مسئله ی بهینه سازی، دارای جواب نیست پرداخته شده و با ارایه ی روش جدید طراحی، محدودیت های قبلی برطرف می گردد. کارایی روش پیشنهادی، با طراحی کنترل کننده ی PID برای مثال نقض نشان داده می شود. در انتها، کنترل کننده برای یک سیستم ناپایدار طراحی می شود.

    کلیدواژگان: طراحی کنترل کننده ی PID، بهینه سازی محدب - مقعر، پایداری، قیود حساسیت و مکمل حساسیت
  • فرزاد زارعی، محمدحسین شفیعی*، اکبر رهیده صفحات 11-24

    در این مقاله، پیاده سازی روش کنترل مبتنی بر مدل پیش بین با افق محدود به صورتی که فیدبک حالت با روش رویداد-تحریک به روزرسانی شود، در مورد سیستمهای خطی بررسی می شود. در این روش تمام متغیرهای حالت و بردار کنترل محاسبه شده در افق پیش بین، در تعیین زمان به روز رسانی موثر هستند، به صورتی که پایداری و کارایی سیستم کنترل حفظ گردد. از این رو، این روش به روزرسانی نسبت به روش مرسوم مبتنی بر تابع لیاپانوف ورودی به حالت، که تنها از آخرین مقادیر نمونه برداری شده در تعیین زمان به روزرسانی استفاده می کند، کارآمدتر است. همچنین در این روش با تغییر سرعت همگرایی متغیرهای حالت سیستم به نقطه تعادل، می توان فاصله زمانی بین دو به روزرسانی متوالی را افزایش داد. برای این مهم یک پارامتر عملکرد قابل تنظیم، در جهت مصالحه بین کارایی و افزایش فاصله زمانی نمونه برداریها در پیاده سازی قانون رویداد-تحریک معرفی می شود. تعیین بازه موثر و قابل تنظیم پارامتر عملکرد نه تنها کاربرد عملی روش رویداد-تحریک را میسر می سازد، بلکه محافظه کاری در پردازشگر سیستم کنترل را نیز کاهش خواهد داد. در این مقاله یک حد بالای موثر برای این پارامتر عملکرد بر اساس طول افق پیش بین و تابع هدف محاسبه می شود. شبیه سازی انجام شده برای یک سیستم کنترل خطی، نشان دهنده کارایی روش تحریک-رویداد مبتنی بر مدل پیش بین و همچنین تطابق محاسبات انجام شده با نتایج شبیه سازی است.

    کلیدواژگان: روش رویداد-تحریک، کنترل مبتنی بر مدل پیش بین، زیر بهینگی، پایداری ورودی به حالت
  • صادق کمالی*، تورج امرایی صفحات 25-32

    در این مقاله یک الگوریتم برای پیش بینی جزیره شدگی ناخواسته ارایه شده است. در این الگوریتم برای پیش بینی جزیره شدگی ناخواسته رفتارسیگنال زمانی اندازه گیری شده سرعت و زاویه روتور ژنراتورهای سنکرون توسط یک تابع هدف مورد بررسی قرار گرفته است. ساختار این تابع هدف به نحوی تعیین شده است درلحظه  تغییرات توپولوژی شبکه دارای تغییرات زانویی می باشد. در راستای پیش بینی جزیره شدگی ناخواسته، زمان وقوع خطا و رفع خطا بر اساس تغییرات این تابع هدف تخمین زده می شوند.  با توجه به اینکه بهترین زمان برای پیش بینی جزیره شدگی ناخواسته بعد  از رفع خطا می باشد لذا این دو زمان تخمین زده شده جهت تعیین بهترین پنجره محاسباتی جهت  پیش بینی جزیره شدگی ناخواسته استفاده می شود. همچنین برای پیش بینی جزیره شدگی جهت کاهش محاسبات تابع هدف روش پیشنهادی  اصلاح می گردد. برای نشان دادن کارایی روش ارایه شده الگوریتم ارایه شده  بر روی شبکه ی39 باسه 10ماشینه استاندارد IEEE  شبیه سازی گردیده است.  نتایج حاصل نشان می دهد که می توان  به وسیله تابع هدف پیشنهادی زمان رفع خطا تخمین زده شده و جزیره شدگی کنترل شده  با دقت مناسب پیش بینی گردد.

    کلیدواژگان: جزیره شدگی، پیش بینی، ناپایداری گذرا، بهینه سازی
  • عارف دیانتی، بیژن معاونی* صفحات 33-48

    موتور های القایی سه فاز کاربرد های مختلف و متنوعی در صنایع دارند و تشخیص به موقع عیوب آنها و کنترل آنها در زمان رخ دادن عیب به نحوی که موجب کاهش خسارات احتمالی گشته و ضمنا امکان بهره برداری در حضور عیب را نیز فراهم نماید از اهمیت ویژه ای برخوردار است. یکی از عیوب رایج در موتور های القایی، اتصال کوتاه شدن سیم پیچ استاتور می باشد. در این مقاله، یک رویکرد فعال جهت طراحی کنترل کننده تحمل پذیر عیب برای جبران عیب اتصال کوتاه استاتور موتور القایی سه فاز ارایه شده است. ساختار این سیستم از یک رویتگر نمایی با ورودی ناشناخته که آشکار سازی عیب را برعهده دارد و همچنین در ادامه با استفاده از آن مقدار این عیب تخمین زده می شود. در انتها با استفاده از تخمین بدست آمده، سیگنال های جبران گر برای جبران اثر عیب اتصال کوتاه استاتور توسط کنترل کننده مد لغزشی ساخته می شود.کارایی اجزای مختلف سیستم فعال کنترل پذیر عیب ارایه شده شامل آشکارساز، تخمینگر عیب و کنترل کننده، با استفاده از نتایج شبیه سازی نمایش داده می شود.

    کلیدواژگان: موتور القایی، عیب اتصال کوتاه استاتور، سیستم کنترل تحمل پذیر عیب، آشکار سازی عیب، تخمین مقدار عیب
  • محمدجواد رجبی*، احمدرضا ولی، وحید بهنام گل صفحات 49-63

    طراحی سیستم هدایت و کنترل یکپارچه در اجسام پرنده یکی از زمینه های تحقیقاتی در حوزه هوافضا بوده که در سال های اخیر موردتوجه محققین قرارگرفته است. به دلیل غیرخطی بودن معادلات سینماتیکی و دینامیکی رهگیرهای آشیانه یاب در فاز نهایی و وجود نامعینی هایی ازجمله مانورهای هدف، اغتشاشات خارجی و تغییرات ضرایب آیرودینامیک، تیوری کنترل مد لغزشی یک روش مناسب برای طراحی سیستم هدایت و کنترل یکپارچه است. بزرگ ترین مشکل روش مد لغزشی، وجود نوسانات فرکانس بالا در سیگنال کنترل است که پیاده سازی این کنترل کننده را غیرممکن می سازد. یک روش برای هموارسازی سیگنال کنترل در روش مد لغزشی، استفاده از رویت گر است. در این مقاله با در اختیار داشتن تخمین اغتشاش و با استفاده از ساختاری متفاوت نسبت به روش مد لغزشی استاندارد، سیگنال کنترل کاملا هموارشده است. همچنین همگرایی زمان محدود در حضور نامعینی تضمین شده است. سیستم هدایت و کنترل طراحی شده با استفاده از روش پیشنهادی در شبیه سازی کامپیوتری مورد ارزیابی قرارگرفته است.

    کلیدواژگان: هدایت و کنترل یکپارچه، کنترل مد لغزشی، رویت گر اغتشاش، همگرایی زمان محدود
  • آمنه ارجمندزاده، مجید یاراحمدی* صفحات 65-71

    کنترل سیستم های کوانتومی مبتنی بر روش های کنترل یادگیر و هوش محاسباتی از موضوعات مورد توجه در حوزه مهندسی کنترل می-باشد. آنچه دارای اهمیت است تضمین همگرایی فرآیند کنترل موردنظر در عین وضوح و سادگی روش می باشد. در این مقاله یک فرآیند کنترل یادگیر مبتنی بر یک کنترل کننده ژنتیکی کوانتومی به منظور ردیابی مسیر در سیستم های کوانتومی بسته ارایه شده است. کنترل کننده طراحی شده برای ردیابی یک مسیر متناظر یک تابع متغیر با زمان به کار گرفته شده است. برای این منظور یک مساله بهینه سازی مقید با تابع هدف حداقل سازی انحراف از مسیر و محدودیت ناشی از ساختار تکراری جواب معادله دینامیکی شرودینگر طراحی شده است. با توجه به نرخ بالای همگرایی در الگوریتم ژنتیک کوانتومی، از الگوریتم ژنتیک کوانتومی برای حل مساله بهینه سازی استفاده شده است. بر اساس یک اندازه گیری تصادفی از نسل اول جمعیت حالات کوانتومی، الگوریتم ژنتیک حاصل بهترین کنترل کننده را برای ردیابی مسیر ارایه می-دهد. ردیابی موثر و بهینه مسیر با حداقل خطای انحراف از مسیر و حداقل نوسانات سیگنال کنترل از مزایای روش ارایه شده است. دو مثال عددی برای نشان دادن عملکرد کنترل کننده طراحی و مزایای آن ارایه شده است. نتایج شبیه سازی های انجام شده نمایانگر صحت عملکرد روش پیشنهادی در کنترل سیستم های کوانتومی است.

    کلیدواژگان: الگوریتم ژنتیک کوانتومی، ردیابی مسیر، سیستم کوانتومی، کنترل یادگیر
  • علی ابوئی، حمیدرضا احمدزاده، محمد حائری، محمد مهدی عارفی* صفحات 73-91

    در این مقاله، ابتدا مدل دینامیکی جامعی برای ربات بازویی n-درجه آزادی دارای نامعینی ارایه می شود که شامل توصیف عملکرد غیرخطی سازهای ورودی از نوع شعاعی و ناحیه مرده است. سپس، مسئله ی ردیابی زمان-محدود مقاوم مسیرهای دلخواه به صورت روابط ریاضی فرمول بندی و بیان می شود. در ادامه با تعمیم روش کنترل مد لغزشی ترمینال غیرتکین و تعریف خمینه های لغزشی غیرخطی جدید، چندین نوع گشتاورهای ورودی طراحی می شوند تا با وجود نامعینی ها و غیرخطی سازهای ورودی (شعاعی و ناحیه مرده)، متغیرهای پیکربندی مفاصل ربات را در مدت زمان محدودی و بدون هیچ نوع خطاهای حالت ماندگاری به مسیرهای دلخواه برسانند. برای هر دسته از گشتاورهای پیشنهادی، پایداری زمان-محدود سرتاسری سیستم حلقه بسته ی ربات n-درجه آزادی با استفاده از تعدادی لم های کاربردی و نامساوی های متداول به اثبات می رسد و هم چنین روابطی برای تخمین زمان های محدود همگرایی استخراج می شوند. این روابط، ارتباط زمان های محدود همگرایی را با شرایط اولیه ربات و پارامترهای اختیاری موجود درگشتاورهای ورودی نشان می دهند. در انتها، با استفاده از محیط شبیه سازی نرم افزار MATLAB، گشتاورهای طراحی شده به مدل ربات صنعتی چهار-درجه آزادی SCARA با وجود غیرخطی سازهای ورودی اعمال می شوند که نتایج شبیه سازی ها، عملکرد مناسب و قابل قبول ورودی های کنترلی پیشنهادی را نشان می دهند.

    کلیدواژگان: ربات بازویی n-درجه آزادی، غیرخطی سازهای شعاعی و ناحیه مرده، ردیابی زمان-محدود مقاوم، کنترل مد لغزشی ترمینال غیرتکین، ربات صنعتی SCARA
  • علی ابوئی*، مهران اسلامی، محمد حائری صفحات 93-113

    در این مقاله، ابتدا معادلات سینماتیکی و دینامیکی توصیف کننده ی مدل حرکت و مانور زیردریایی شش درجه آزادی ارایه می شوند. در ادامه، با تعمیم روش کنترل مد لغزشی ترمینال غیرتکین، سه دسته ی مجزا از ورودی های کنترلی برای زیردریایی شش درجه آزادی دارای نامعینی (شامل نامعینی های پارامتری، دینامیک‏ های مدل‏ نشده، نیروها و اغتشاش ‏های ناشناخته وارده از اقیانوس) طراحی می شوند تا با اعمال هر دسته از ورودی های پیشنهادی، زیردریایی بعد از مدت زمان محدودی به مسیر دلخواه و مورد نظر همگرا شود و همواره در امتداد این مسیر مانور دهد. برای هر دسته از ورودی های کنترلی، سطوح لغزشی غیرخطی متفاوتی پیشنهاد شده اند که دارای چندین پارامتر اختیاری و آزاد می باشند. هم چنین، در فرآیند اثبات پایداری زمان-محدود سیستم حلقه بسته ی زیردریایی، برای هر کلاس از ورودی های کنترلی طراحی شده یک نامساوی کاربردی استخراج می شود تا زمان محدود مورد نیاز برای همگرایی به مسیر مورد نظر را تعیین کند. سه نامساوی حاصله نشان می دهند که زمان های محدود همگرایی، به شرایط اولیه زیردریایی و پارامترهای اختیاری و آزاد موجود در ورودی های کنترلی بستگی دارند. در انتها ، ورودی های کنترلی پیشنهادی به صورت جداگانه بر روی مدل معروف زیر دریایی NPS AUV II مورد شبیه سازی کامپیوتری قرار می گیرند. نتایج حاصل از شبیه سازی ها نشان می دهند تمامی ورودی های پیشنهادی قادرند تا هدف ردیابی زمان-محدود را به خوبی برآورده سازند.

    کلیدواژگان: زیردریایی خودکار شش درجه آزادی، ردیابی زمان-محدود مقاوم، کنترل مد لغزشی ترمینال غیرتکین، سطوح لغزشی غیرخطی، دینامیک مد لغزشی، زیردریایی NPS AUV II
|
  • Behrooz Yonesie, Ashkan Sebghati, Saeed Shamaghdari* Pages 1-10

    In this paper, an algorithm is proposed to improve the design of constrained PID controller based on convex-concave optimization. This design method is based on the optimization of a performance cost function, taking into account the stability and efficiency constraints with frequency domain analysis in which the concepts of sensitivity and complementary sensitivity has been used. It is shown, using a counter example that the previous methods are not effective for some systems, the optimization problem becomes unbounded and interrupts. To solve this problem, attentions are paid to conditions that the optimization problem fails to have any response, and then previous limitations are eliminated by representing a new designing method. The performance of the proposed method is shown by applying it to the counter example. In the end, the controller is designed for an unstable system.

    Keywords: designing of PID controller, convex-concave optimization, stability, sensitivity, complementary sensitivity constraints
  • Farzad Zarei, MohammadHossein Shafiei*, Akbar Rahideh Pages 11-24

    In this paper, the event-triggered strategy in the case of finite-horizon model predictive control (MPC) is studied and its advantages over the input to state stability (ISS) Lyapunov based triggering rule is discussed. In the MPC triggering rule, all the state trajectories in the receding horizon are considered to obtain the triggering rule. Clearly, the finite horizon MPC is sub-optimal with respect to the infinite-horizon case. This sub-optimality is considered as a coefficient to implement the MPC triggering rule and to increase the inter-execution time. However, to design a proper processing board to control this coefficient suitably, it is necessary to specify lower and upper bounds for it. The contribution of this paper is to determine an effective upper bound for this coefficient. By incorporating the sub-optimal lower bound instead of being 1, the conservatism decreases. This coefficient can be used as a tunable parameter in integrated or network control systems to compromise between the performance and inter-execution time. Simulation results depict the applicability of the proposed method and validate the theoretical results.

    Keywords: event-triggered, model predictive control, sub-optimality, input-to-state-stability
  • Sadegh Kamali*, Tooraj Amraee Pages 25-32

    in this paper a new algorithm has been proposed to predict unplanned islanding. To predict unplanned islanding, rotor angle and speed time series have been used. Times of fault occurrence and clearance are estimated using monitoring system response based on the variation of phasor measure data. The estimated times of fault occurrence and clearance are used to determine suitable calculation window for uncontrolled islanding prediction. The proposed algorithm is applied to IEEE 39 bus test system. The result shows that the objective function can be used to estimate fault occurring and clearance time to predict unplanned islanding.

    Keywords: Islanding, Prediction, Transient instability, Optimization
  • Aref Dianati, Bijan Moaveni* Pages 33-48

    Three phase induction motors have many applications in industries. Consequently, detecting and estimating the fault and compensate it in a way that the faulty induction motor satisfies the predefined goals are important issues. One of the most common faults in induction motors is the short circuit of the stator winding. In this paper, an active fault-tolerant control system is designed and presented to compensate the effect of the short circuit fault in the stator of a three-phase induction motor. The introduced fault tolerant control system consists of an exponential unknown input observer to detect and estimate the fault. Also, based on the estimation results, control signals are made by employing a sliding mode controller to compensate the short circuit of the stator winding. The efficiency of the proposed system includes, fault detector, fault estimator and controller, is shown using simulation results.

    Keywords: Induction motor, Short circuit stator winding fault, Fault-tolerant control system, Fault detection, Fault estimation
  • MohammadJavad Rajabi*, AhmadReza Vali, Vahid Behnamgol Pages 49-63

    The design of integrated guidance and control system for flying objects is one of the research fields in the aerospace that is considered by researchers in recent years. Due to the nonlinearity of the kinematic and dynamic equations of the homing interceptors in the terminal phase and also existence of uncertainties such as target maneuvers, external disturbances and variations in aerodynamic coefficients, siding mode control theory is a suitable method for designing integrated guidance and control system. One of the most problem of sliding mode is the presence of high frequency oscillations in the control signal that is called chattering, which makes it impossible to implement this controller. A method for smoothing the control signal in a sliding mode is to use a disturbance observer. In this paper, the control signal is completely smooth, with having the disturbances estimation and using a different scheme compared with standard sliding mode. Also, the finite time convergence is guaranteed in the presence of uncertainty. The proposed guidance and control system are evaluated in computer simulation.

    Keywords: Integrated guidance, control, sliding mode control, disturbance observer, finite time convergence
  • Ameneh Arjmandzadeh, Majid Yarahmadi* Pages 65-71

    Based on learning control methods and computational intelligence, control of quantum systems is an attractive field of study in control engineering. What is important is to establish control approach ensuring that the control process converges to achieve a given control objective and at the same time it is simple and clear. In this paper, a learning control method based on genetic quantum controller approach is presented. For tracking a time variant function trajectory, in a closed quantum system, the presented controller is used. For this purpose a constrained optimization problem, based on minimization of difference between a given trajectory and system states subject to an iteration relation of the dynamical solution be satisfied, is designed. According to high convergence rate in quantum genetic algorithm, a quantum genetic algorithm for solving the optimization problem is used. A stochastic measure for observation the initial population is used. Efficient an optimal tracking, with at least tracking errors and at least learned chattering are advantages of the presented method. A couple of examples for demonstrating the advantages are simulated. Simulation results reflect the good performance of the proposed method for controlling the quantum systems.

    Keywords: Quantum Genetic Algorithm, Tracking Algorithm, Quantum Systems, Learning Control
  • Ali Abooee, HamidReza Ahmadzadeh, Mohammad Haeri, MohammadMehdi Arefi* Pages 73-91

    In this paper, a complete dynamical model is presented for an uncertain -DOF robot manipulator containing description of sector and dead-zone nonlinearities. Next, robust finite-time tracking problem of desired trajectories is declared and formulated for the aforementioned robot manipulator. By defining innovative nonlinear sliding manifolds and developing the nonsingular terminal sliding mode control, several types of input torques are designed to exactly reach configuration variables of robot's joints to desired paths within the finite times in the presence of uncertainties, sector and dead-zone nonlinearities. By utilizing some applicable lemmas and well-known inequalities, for each class of the proposed input torques, the global finite-time stability of the closed-loop robot system is proven analytically. Also, several new formulas are extracted for determining the convergence finite times of the closed-loop system. These formulas demonstrate that mentioned times are dependent on robot's initial conditions and optional parameters of the suggested torques. Finally, by using MATLAB software, all classes of the designed torques are numerically simulated onto the SCARA industrial robot manipulator and obtained results show the acceptable performance of the suggested control scheme.

    Keywords: n-DOF Robot manipulator, Sector, dead-zone nonlinearities, Robust finite-time tracking, Nonsingular terminal sliding mode control (NTSMC), SCARA industrial robot
  • Ali Abooee*, Mehran Eslami, Mohammad Haeri Pages 93-113

    In this paper, kinematic and dynamic equations of a 6-DOF (Degree Of Freedom) autonomous underwater vehicle (6-DOF AUV) are introduced and described completely. By developing the nonsingular terminal sliding mode control method, three separate groups of control inputs are proposed for the autonomous underwater vehicle subjected to uncertainties including parametric uncertainties, unmodeled dynamics, and unknown disturbances from ocean. All classes of suggested inputs are able to steer the mentioned underwater vehicle to the desired path within finite times. For all of them, innovative nonlinear sliding surfaces are defined possessing several optional parameters. The global finite-time stability is proven for the closed-loop system of the aforementioned underwater vehicle injected by each class of proposed inputs. More, three applicable inequalities are derived to determine the convergence finite times related to suggested inputs. Obtained inequalities reveal that the mentioned finite times are dependent on initial conditions and optional parameters of control inputs. Finally, three suggested inputs are separately simulated on the Naval Postgraduate School Autonomous Underwater Vehicle II (NPS AUV II). Simulation results illustrate that all proposed inputs can fulfill the trajectory tracking objective for the NPS AUV II properly.

    Keywords: 6-DOF autonomous underwater vehicle (6-DOF AUV), Robust finite-time tracking, Nonsingular terminal sliding mode control, sliding mode dynamic (sliding motion), NPS AUV II