فهرست مطالب

مجله کنترل
سال شانزدهم شماره 2 (تابستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/06/30
  • تعداد عناوین: 7
|
  • ابوالفضل دلاور، محمد حائری* صفحات 1-10

    غیرخطی گری از رفتارهای اصلی سیستم ها در دنیای واقعی است. از این رو معرفی روشی برای تعیین حاشیه پایداری این سیستم ها امری ضروری به نظر می رسد. با اینکه حد بهره و حد فاز به عنوان معیارهای جا افتاده ای در این راستا برای تحلیل سیستم های خطی است، پیدا کردن یک راه مشخص برای تعیین مقدار واقعی این حدها در سیستم های غیرخطی در حالت کلی از مسایل موجود ادبیات می باشد. هدف اصلی این مقاله ارایه روش جدیدی برای تعیین دقیق تر این حدها برای نوع خاصی از غیرخطی گری ها است. با استفاده از قضیه لیاپانوف، شرایط پایداری به دست آمده و با اعمال معیار دایره توسعه یافته حاشیه پایداری سیستم های لور تعیین شده است. با ارایه مثال های عددی، صحت نتایج بدست آمده بررسی شده و با مقایسه آنها با سایر روش ها، دقت نتایج به دست آمده مورد ارزیابی قرار گرفته است.

    کلیدواژگان: حاشیه های پایداری، پایداری سیستم غیرخطی لور، حد بهره و حد فاز کاربردی، معیار پایداری دایره تعمیم یافته، نامساوی ماتریسی دوخطی
  • رضا یاوری، سعید شمقدری*، آرش صادق زاده صفحات 11-24

    در این مقاله، رویکردی جدید به منظور طراحی کنترل کننده ی جدول بندی پس خورد خروجی دینامیکی مرتبه کامل کلیدزن مقاوم H2 برای سیستم های پارامتر متغیر خطی نامعین کلیدزن ارایه می شود. کنترل کننده های جدول بندی بهره ی کلیدزن مقاوم پیشنهادی، علاوه بر تضمین پایداری بهره ی H2 خروجی عملکردی سیستم حلقه بسته ی نامعین کلیدزن را کمینه می نماید. منطق کلیدزنی هیسترزیس که وابسته به پارامترهای جدول بندی است، در طراحی کنترل کننده مورد استفاده قرار می گیرد. وابستگی ماتریس های فضای حالت سیستم حلقه باز کلیدزن به پارامترهای جدول بندی و هم چنین متغیرهای نامعینی از نوع چندجمله ای در نظر گرفته شده است. هم چنین فرض بر آن است که محدوده ی تغییرات پارامترهای جدول بندی و نامعینی از پیش معین باشد. رویکرد طراحی به صورت بهینه ساز ی نامساوی های وابسته به پارامتر خطی به همراه جستجوی خطی دو مقدار عددی ارایه می شود. سرانجام روش فوق در طراحی کنترل کننده ی سیستم تعلیق الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار گرفته است. بررسی و ارزیابی نتایج این طراحی، قابلیت های کاربردی رویکرد کنترلی پیشنهادی در این مقاله را تایید می کند.

    کلیدواژگان: کنترل جدول بندی مقاوم، کنترل کلیدزن، سیستم پیوسته-زمان، سیستم پارامتر متغیر خطی نامعین کلیدزن
  • زهرا کوچکی نافچی، محمدرضا یوسفی*، خوشنام شجاعی صفحات 25-39

    در این مقاله کنترل قند خون بیماران دیابتی نوع یک در حضور نامعینی و وعده های غذایی مورد توجه قرار گرفته است. به منظور ارایه رویکرد کنترلی کارآمد، فرض شده است که تمام دینامیک های توصیف کننده مکانیزم تنظیم قند خون بیماران دیابتی نوع یک کاملا نامعین می باشند. براساس توابع تقریب زن عمومی شبکه عصبی شعاعی مجهز شده به الگوریتم تطبیق و همچنین استفاده از رویکرد کاهش تعداد پارامترهای آموزشی شبکه عصبی، دینامیک های نامعین مدل برگمن تقریب زده شده است. در ادامه براساس رویکرد کنترلی خطی ساز فیدبک و جبران ساز تطبیقی مقاوم، طراحی کنترل کننده خطی ساز فیدبک شبکه عصبی به منظور تنظیم قند خون بیماران دیابتی نوع اول در حضور وعده غذایی برای اولین بار مورد بررسی قرار گرفته است. با تحلیل مبتنی بر تیوری لیاپانوف نشان داده شده است که تمام سیگنال های سیستم حلقه بسته کنترل قند خون به صورت کران دار نهایی یکنواخت ، پایدار می باشند و همچنین قند خون بیماران دیابتی به کرانی از مقدار مطلوب همگرا شده است. در انتها، نتایج شبیه سازی به منظور نشان دادن کارآمدی کنترل کننده طراحی شده به تصویر کشیده شده است.

    کلیدواژگان: دیابت، کنترل خطی ساز فیدبک، شبکه های عصبی، جبران ساز مقاوم، دیدگاه حداقل پارامترهای آموزش شبکه عصبی
  • سامان ساکی، حسین بلندی* صفحات 41-54

    در دهه های اخیر، متریک ها به عنوان ابزارهایی برای آنالیز پایداری مقاوم سیستم های کنترلی معرفی شده اند. از مهم ترین مشکلات این ابزارها می توان به محدودیت کارایی آن ها در آنالیز پایداری سیستم های حلقه بسته با دینامیک غیرخطی اشاره کرد. در برخی مقالات، نویسندگان خطی سازی سیستم و استفاده از ایده متریک خطی را مطرح کرده اند. در این مقاله نشان می دهیم تکیه بر مدل خطی کافی نبوده و ابزارهای ریاضی جدید تری برای آنالیز پایداری مقاوم این سیستم ها نیاز است. لذا، تعریف فضای اپراتوری عمومی [1] S به عنوان مهم ترین نوآوری برای تعیین ضعیف ترین توپولوژی میان دو سیستم غیرخطی مطرح می شود. در این فضا، اپراتورهای غیرخطی (سیستم های دینامیک غیرخطی) با منیفلد [2] توپولوژی [3] دیفرانسیل پذیر به صورت ایزومورفیسم های ایزومتریکی [4] بیان می شوند. ثمره این تعریف، امکان پذیری محاسبه متریک غیرخطی است که تعریف معیار جدید s-gap را نتیجه می دهد. نشان می دهیم که محاسبه متریک غیرخطی بر روی گراف های ایجاد شده را می توان به محافظه کارترین فضای مماس در فضای اپراتوری S تعبیر کرد. همچنین، با توجه به روابط و تعریف فضای اپراتوری جدید، باند بالای بهره یا باند پایین حاشیه پایداری تعمیم یافته [5] (GSM) سیستم حلقه بسته تعیین می شود که در کنار s-gap تیوری جدیدی برای پایداری مقاوم ارایه می دهد. تیوری پیشرفته اپراتوری و نتایج شبیه سازی، صحت ادعاهای مطرح شده را با اطمینان تایید می کند.

    کلیدواژگان: باند بهره، حاشیه پایداری تعمیم یافته، متریک های غیرخطی، فضای اپراتوری و غیرخطی گری
  • مهسا جواهری پور، احمدرضا ولی*، وحید بهنام گل، فیروز الله وردی زاده صفحات 55-67

    نرخ چرخش خط دید، متغیری است که برای محاسبه شتاب اعمالی به موشک ها توسط قوانین هدایت تناسبی به منظور برخورد با هدف نیاز است. این متغیر معمولا با استفاده از جستجوگرهای طوقه دار اندازه گیری می شود. اما اگر جستجوگر موشک از نوع چسبیده به بدنه باشد، نرخ چرخش خط دید باید از روش های مشتق گیری از زوایای خروجی جستجوگر و یا تخمین محاسبه شود. روش مشتق گیری به دلیل نویزی بودن خروجی جستجوگرها مطلوب نبوده و برای رسیدن به خروجی قابل قبول به فیلترهای پایین گذر نیاز است که منجر به تاخیر در حلقه هدایت خواهد شد. در این مقاله، رویتگر توسعه یافته زمان گسسته برای تخمین نرخ چرخش خط دید طراحی خواهد شد. مزیت زمان گسسته بودن رویتگر این است که مسایل مربوط به پیاده سازی رویتگر بر روی پردازنده ها مانند انتخاب زمان نمونه برداری ازمرحله طراحی درنظر گرفته شده و در شبیه سازی کامپیوتری بررسی می شود.

    کلیدواژگان: رویتگر توسعه یافته زمان گسسته، تخمین نرخ چرخش خط دید، جستجوگر چسبیده به بدنه، قانون هدایت تناسبی
  • محمدرضا دیوسالار، مریم بابازاده*، امین نوبختی صفحات 69-87

    در این مقاله رویکرد جدیدی در مدل سازی آماری سامانه های تبلیغاتی آنلاین ارایه می گردد. مدل ارایه شده بر اساس تخمین بیشترین قیمت پیشنهادی از سوی کمپین های تبلیغاتی و نیز تخمین نرخ کلیک کاربران توسعه می یابد. چالش اساسی در تخمین متغیرهای سامانه های تبلیغاتی، رفتار به شدت تغییرپذیر با زمان و غیرخطی کاربران، فضای رقابتی کمپین های تبلیغاتی و تنوع در استراتژی های مورد استفاده از سوی کمپین های مختلف در این سامانه ها است. در چنین شرایطی استفاده از رویکردهای تخمین مبتنی بر فیلترکالمن به نتیجه مطلوب نمی انجامد. در این مقاله  با بهره گیری از رویکرد فیلتر ذره، توزیع احتمال و شاخص های آماری بیشترین قیمت پیشنهادی به صورت آنلاین تخمین زده می شود. تبلیغ کنندگان تنها در صورت برنده شدن در مزایده مربوط به هر تبلیغ، از بیشترین قیمت پیشنهادی مطلع خواهند بود و در صورت باخت، بیشترین قیمت پیشنهادی در اختیار آن ها قرار نخواهد گرفت. لذا به روزرسانی وزن ها  در فیلتر ذره بر اساس قانونی دو ضابطه ای طراحی می شود که در شرایط برد یا باخت مزایده، به اصلاح توزیع پسین منجر می شود. در ادامه توزیع احتمال کلیک کاربران به کمک یک تخمین گر بیزی معرفی می شود. از آن جا که رفتار کاربران در مواجهه با تبلیغ، تغییرپذیری قابل توجهی با زمان خواهد داشت، در تخمین بیزی مورد استفاده، ضابطه ای تطبیقی جهت اصلاح فاکتور فراموشی معرفی می گردد که میزان اثرگذاری مشاهدات جدیدتر را در صورت تغییرات ناگهانی در الگوهای رفتاری کاربران به روزرسانی نماید. در پایان با دسترسی به تخمین بیشترین قیمت پیشنهادی و نرخ کلیک کاربران، رابطه ورودی-خروجی کمپین ها به ازای ورودی سیگنال قیمت پیشنهادی یا سیگنال کنترلی و خروجی  تعداد نمایش‍های برنده شده توسط کمپین قابل استخراج خواهد بود. رویکرد پیشنهادی بر روی کمپینی با چهار دسته مجزا شبیه سازی و  نتایج آن گزارش شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد رویکرد آماری پیشنهادی مدل مطلوبی از ورودی-خروجی کمپین تبلیغاتی را توصیف می نماید.

    کلیدواژگان: مدل سازی آماری، فیلتر ذره، تخمین گر بیزی، تبلیغ آنلاین
  • مسعود عادلی راد، علی اکبر افضلیان* صفحات 89-97

    در این مقاله روشی جدید برای مدل سازی ستون تقطیر با استفاده از تقریب تکه ای مستوی پیشنهاد شده و برای آن یک کنترل کننده پیش بین مقاوم با در نظر گرفتن مسیرهای متعدد پیش بینی طراحی شده است. ستون های تقطیر دارای رفتاری به شدت غیرخطی و پیچیده هستند. از این رو مدل سازی دینامیکی این سیستم ها با ساده سازی هایی همراه است. مدل سازی تکه ای مستوی قابلیت تقریب سیستم های غیرخطی را با دقت بالا و در بازه عمکردی وسیع دارد. طراحی کنترل کننده پیش بین برای سیستم های تکه ای مستوی به دلیل تغییر پارامترهای سیستم در زیر فضاهای مختلف از فضای حالت، با مشکل وجود مسیرهای متعدد پیش بینی مواجه است. این موضوع سبب افزایش نمایی حجم محاسبات با افزایش طول افق پیش بینی می گردد. در این مقاله برای اولین بار یک روش شبه بهینه برای حل مسایل MIQP در کنترل پیش بین با وجود نایقینی و اغتشاش مورد استفاده قرار گرفته و همچنین راه کاری برای تعمیم این روش برای حل مسایل NP ارایه می شود. ابتدا یک ستون تقطیر مربوط به واحد بوتان زدایی در پالایشگاه های گازی پارس جنوبی به روش تکه ای مستوی مدل شده و با استفاده از مدل غیرخطی اعتبارسنجی می شود. سپس یک کنترل کننده پیش بین لوله ای با در نظر گرفتن مسیرهای پیش بینی متعدد طراحی می شود. برای کاهش حجم محاسبات از یک روش شبه بهینه در فاز پیش بینی استفاده می شود که حجم محاسبات آن حداکثر متناسب با افق پیش بینی افزایش می یابد.

    کلیدواژگان: کنترل پیش بین مقاوم، تقریب تکه ای مستوی، مسیرهای پیش بینی، ستون تقطیر
|
  • Abolfazl Delavar, Mohammad Haeri* Pages 1-10

    Nonlinearity is one of the main behaviors of systems in the real world. Therefore, it seems necessary to introduce a method to determine the stability margin of these systems. Although the gain and phase margins are established criteria for the analysis of linear systems, finding a specific way to determine the true value of these margins in nonlinear systems in general is an ongoing research in the literature. The main goal of this paper is to introduce a new method to determine these margins more precisely for particular type of nonlinearities. Based on Lyapunov theorem, stability conditions are obtained and the stability margins of Lur'e systems are determined by applying the extended circle criterion. By providing numerical examples, the correctness of the obtained results is checked and by comparing them with other methods, the accuracy of the obtained results is evaluated.

    Keywords: Stability margins, Stability of Lur’e type systems, Practical gain, phase margins, Extended circle criterion, Bilinear matrix inequality
  • Reza Yavari, Saeed Shamaghdari*, Arash Sadeghzadeh Pages 11-24

    In this article, a new approach is proposed to design robust switching gain-scheduled dynamic output feedback control for switched uncertain continuous-time linear parameter varying (LPV) systems. The proposed robust switching gain-scheduled controllers are robustly designed so that the stability and H2-gain performance of the switched closed-loop uncertain LPV system can be guaranteed even under controller switching determined by scheduling parameters. Hysteresis switching law is exploited for the switching controller synthesis. The system matrices are supposed to depend polynomially on both the scheduling and uncertain parameters which are assumed to belong to intervals with a priori known bounds. The proposed approach is formulated in terms of solutions to a set of parameter-dependent LMIs using parameter searches for two scalar values. Finally, the method is applied to electromagnetic suspension system to verify the applicability of the presented approach.

    Keywords: Robust gain-scheduled control, switching control, continuous-time system, switched uncertain linear parameter-varying system
  • Zahra Kouchaki, MohammadReza Yousefi*, Khoshnam Shojaei Pages 25-39

    In this paper, the blood glucose control for type 1 diabetic patients in the presence of model uncertainties and uncertain meals is considered. In order to present an efficient control approach, it is assumed that the dynamics describe the mechanism of the blood glucose regulation in type 1 diabetic patients are completely unknown. Hence, based on the universal approximation property of the radial basis neural network equipped with an adaptive algorithm, as well as using the minimal learning parameter approach, unknown model dynamics are approximated. Then, based on the feedback-linearization approach and robust adaptive compensation scheme, an appropriate control method is designed to regulate blood glucose in type 1 diabetic patients in the presence of a meal. By a Lyapunov based analysis, it is shown that the closed-loop system of blood glucose control is uniformly ultimately bounded and that the blood glucose of diabetic patients converges to a desired level. Finally, simulation results are shown to demonstrate the efficiency of the designed controller.

    Keywords: Diabetes, Feedback-linearization control, Neural networks, Robust compensator, Minimal learning parameter approach
  • Saman Saki, Hossein Bolandi* Pages 41-54

    In the recent decades, metrics have been introduced as mathematical tools to determine the robust stability of the closed loop control systems. However, the metrics drawback is their limited applications in the closed loop control systems with nonlinear dynamics. As a solution in the literature, applying the metric theories to the linearized models is suggested. In this paper, we show that using the linear model is not adequate to analyze the robust stability. To this end, the definition of general operator space is proposed as the important novelty to determine the weakest topology between two nonlinear dynamic systems. In this space, all nonlinear operators (nonlinear dynamic systems) with differentiable manifold topology can be considered as isometric isomorphism. The result of this definition is possibility of the nonlinear gap metric solution which leads to definition of the s-gap metric. In fact, we show that the calculation of the nonlinear gap metric leads to the most conservative tangent spaces in the defined space. Also, based on the new results, the gain bound of the closed-loop system is determined, which together with the s-gap offers a new theory for robust stability analysis. Advanced operator theory and simulation results confirm the correctness of the claims.

    Keywords: The Gain Bounds, The Generalized Stability Margin, Nonlinear Metrics, Operator Space, Nonlinearity
  • Mahsa Javaheripour, Ahmadreza Vali*, Vahid Behnam Gol, Firouz Allahverdi Zadeh Pages 55-67

    The line of sight (LOS) rate is a parameter that is needed to calculate the acceleration applied to missiles by the proportional guidance laws in order to hit the target. This rate is usually measured using gimbaled seekers. However, if the type of missile seeker be strap down, the LOS rate must be calculated from deriving the missile's seeker output angles or estimation methodes. The derivation method is not desirable due to the noisy output of the seekers and low pass filters are needed to achieve an acceptable output, which will cause a lag in the guidance loop. In this paper, a discrete time extended state observers will be designed to estimate the LOS rate. The advantage of the time discontinuity of the observer is that issues related to the implementation of the observer on the processors, such as the choice of sampling time, considered from the design level and examined in computer simulation.

    Keywords: Discrete-time Extended State Observer, LOS rate Estimation, Strap Down Seeker, Proportional Guidance law
  • Mohammadreza Divsalar, Maryam Babazadeh*, Amin Nobakhti Pages 69-87

    In this paper, statistical modeling of online advertising systems is addressed. The proposed model relies on the highest bidding price estimation in an auction network and the click-through rate estimation of the ad campaign. The estimation problem is faced with serious challenges due to the extremely time-varying and nonlinear behavior of users, the competitive behavior of the ad campaigns, and the variety of strategies incorporated by the demand-side platforms. Accordingly, estimation algorithms based on Kalman filtering may fail to provide reliable solutions in a real-time setting. In this paper, particle filtering is utilized to estimate the probability distribution of the highest bidding price. Advertisers observe the highest bidding price only if they win the auction. Otherwise, they do not have access to the highest bidding price. Thus, a biconditional update rule is proposed for the particles. The weighting scheme modifies the posterior distribution in case of winning or losing the auction. Next, the click-through rate of the ad campaign is introduced based on the Bayesian estimation. Since the user response is extremely variable over time, an adaptation rule is proposed to update the forgetting factor and the level of emphasis on the recent observations. Finally, by estimation of the highest bidding price and the click-through rate distributions, the input-output model of the ad campaign is developed. The input is the bidding signal or the control signal and the output is the total number of winning impressions for the campaign. The results are reported for a campaign with four individual segments and confirm that the proposed statistical approach can provide a reliable model for ad campaigns.

    Keywords: Statistical Modeling, Particle Filter, Bayesian Estimation, Online Advertising
  • Masoud Adeli Rad, AliAkbar Afzalian* Pages 89-97

    A new method based on piecewise affine approximation is proposed to model a distillation column and a novel robust MPC is addressed for PWA systems considering multiple prediction trajectories. Distillation columns have highly nonlinear and complex behavior. However, even in a rigorous dynamical model a number of model simplifications are included. Piecewise affine maps have universal approximation properties which are useful for modeling of nonlinear systems in a wide range of operation. Model predictive control for PWA systems faces multiple prediction trajectories at each sample time due to different system dynamics over prediction horizon. Thus, the computational burden increases exponentially with the prediction horizon length. In order to decrease the computational burden, a suboptimal method is used to solve MIQP problems in MPC for PWA systems in presents of model uncertainty and disturbances. A real distillation column of a debutanizer unit in South Pars Gas refineries is modeled with PWA method and validated using the appropriate nonlinear model. A tube-based model predictive control proposed in such a way that the optimization problem can be solved considering multiple prediction trajectories at each sample time. In the proposed method, the computational burden is increased linearly by the prediction horizon length.

    Keywords: Robust Model Predictive Control, Piecewise Affine Approximation, Prediction Trajectory, Distillation Column