فهرست مطالب

کنترل - سال شانزدهم شماره 4 (زمستان 1401)

مجله کنترل
سال شانزدهم شماره 4 (زمستان 1401)

  • تاریخ انتشار: 1401/12/02
  • تعداد عناوین: 7
|
  • علی ابویی*، فرزاد محمودیان بارزی، محمد حائری صفحات 1-13

    در این مقاله با بکارگیری راهکار کنترل غیرخطی مقاوم زمان-متناهی، مسیله ی ردیابی نقطه بیشینه توان برای سیستم حلقه‎بسته‎ی فتوولتایی مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. ابتدا مدل‎سازی دینامیکی جامعی برای سیستم فتوولتایی ارایه شده و با تحلیل ریاضی، مقادیر مرجع و مبنا برای جریان و ولتاژ خروجی ماژول فتوولتایی چنان تعیین می‎گردند تا بیشینه توان از سیستم حلقه‎بسته حاصل گردد. در ادامه با تعریف خطاهای ردیابی و تعدادی متغیرهای کمکی، نشان داده می‎شود که چالش ردیابی نقطه بیشینه توان سیستم فتوولتایی (دارای نامعینی) معادل و هم‎ارز با مسیله‎ی پایدارسازی زمان-متناهی کلی نقطه‎ی تعادل یک سیستم غیرخطی مرتبه دوم دارای نامعینی است. سپس با تعمیم روش کنترل مد لغزشی پایاندار و تعریف چندین خمینه لغزشی ابتکاری، سه نوع مجزا از کنترل‎کنندهای غیرخطی مقاوم زمان-متناهی طراحی و پیشنهاد می‎گردند تا هدف پایدارسازی فوق‎الذکر و در نتیجه ردیابی زمان-متناهی نقطه بیشینه توان سیستم حلقه‎بسته‎ی فتوولتایی برآورده گردد. با استفاده از لم‎های پایداری زمان-متناهی به صورت تحلیلی اثبات می‎گردد که هر سه نوع کنترل‎کننده‎های پیشنهادی قادرند تا پایداری زمان-متناهی کلی سیستم حلقه بسته فتوولتایی را تضمین کنند. هر سه راهکار ارایه شده شامل تعدادی ثابت‎ اختیاری هستند که با انتخاب مقادیر عددی مناسب برای آن‎ها می‎توان زمان رسیدن به نقطه بیشینه توان را تا حد قابل توجهی کاهش داد. در انتهای مقاله، کنترل‎کننده‎های پیشنهادی بر روی سیستم فتوولتایی، مورد شبیه سازی کامپیوتری قرار گرفته و نتایج شبیه سازی نشان می دهند که این راهکارهای کنترلی معرفی شده به خوبی قادرند تا هدف ردیابی زمان-متناهی نقطه بیشینه توان را برآورده سازند.

    کلیدواژگان: ردیابی نقطه بیشینه توان، سیستم فتوولتائی، پایداری زمان-متناهی کلی، کنترل مد لغزشی پایدار، خمینه لغزشی
  • محمدحسین هاشمی، کیوان زاهدی، محسن منتظری* صفحات 15-26

    یکی از حلقه های کنترلی مهم درنیروگاه های حرارتی، حلقه کنترل سطح آب درام بویلر است. عدم عملکرد مطلوب این حلقه، باعث کاهش راندمان، آسیب احتمالی به تجهیزات و یا حتی  بروز توقف اضطراری واحد می شود. از آنجایی که سطح آب درام بویلر با اعمال فرمان به یک شیر آب تغذیه کنترل می شود، فرمان کنترلی اعمال شده باید دارای حداقل نوسان باشد تا عمر شیر آب تغذیه در اثر استهلاک کم نشود. بدین منظور در این مقاله، یک الگوریتم کنترلی تطبیقی جدید ارایه می شود که علاوه بر کاهش استهلاک شیرکنترلی، همچنین اثر اغتشاش ناشی از تغییرات تقاضای بخار را کاهش داده و عوامل غیرخطی ترمودینامیکی درام بویلر به منظور حفظ سطح آب درام پیرامون مقدار مطلوب بهره بردار را در نظر گرفته و نسبت به تغییر پارمترهای مدل دینامیکی درام بویلر مقاوم باشد. به منظور ارزیابی کارایی الگوریتم ارایه شده در شرایط واقعی، این الگوریتم بر روی مدل دینامیکی سطح آب درامIP بویلر شماره11 نیروگاه سیکل ترکیبی قم اجرا شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی این روش کنترلی و مقایسه آن با عملکرد کنترل کننده کلاسیک موجود نیروگاه، کنترل کننده مدلغزشی وکنترل کننده PID مرتبه کسری خود تنظیم در شرایط یکسان، نشان می دهد که روش ارایه شده از دو جنبه حفظ سطح آب درام حول نقطه تنظیم  تحت شرایط مختلف وکاهش استهلاک شیر آب تغذیه دارای عملکرد بهتری است.

    کلیدواژگان: کنترل سطح آب درام، بویلر نیروگاهی، کارایی حلقه کنترل، طول عمر شیر کنترلی، الگوریتم کنترل تطبیقی
  • محمد فرخی*، سینا نادریان صفحات 27-38

    کنترل کننده های مدل محور نیازمند مدل ریاضی از سیستم هستند، درحالی که کنترل کننده های داده محور بر پایه ی اندازه گیری داده های ورودی-خروجی عمل می کنند. امروزه با توجه به پیچیده شدن سیستم های صنعتی و در نتیجه در دسترس نبودن مدل ریاضی دقیق سیستم ها، محققان سعی می کنند تا وابستگی کنترل کننده ها به مدل ریاضی کاهش یابد. در این مقاله، کنترل کننده مدلغزشی تطبیقی داده محور برای کلاسی از سیستم های غیرخطی چند ورودی-چندخروجی نامعین ارایه می گردد. با توجه به آن که یکی از چالش های اصلی کنترل کننده های مد لغزشی پدیده چترینگ است، برای رفع این مشکل از کنترل کننده ی مد لغزشی تطبیقی استفاده شده است. همچنین، برای رفع مشکل وابستگی به مدل، این کنترل کننده با کنترل کننده داده محور ترکیب می شود.  سپس، قوانین تطبیق جدید برای ضریب کلیدزنی و ماتریس شبه ژاکوبی محاسبه می شود. علاوه بر آن، اثبات پایداری حلقه بسته بر پایه نظریه لیاپانوف ارایه خواهدشد. به منظور نشان دادن عملکرد کنترل کننده، روش پیشنهادی به سیستم سه تانک اعمال می شود. کنترل کننده ارایه شده در مقایسه با روش های مشابه در مراجع دارای مزایایی مانند کاهش محافظه کاری و پیچیدگی در طراحی کنترل کننده و کاهش مراحل اثبات پایداری حلقه بسته است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که ردیابی سیگنال های مرجع توسط روش پیشنهادی بسیار بهتر شده و همچنین توانایی دفع اغتشاش به طور موثری  بهبود یافته است. به علاوه پدیده چترینگ نیز به طور قابل توجهی کاهش یافته است.

    کلیدواژگان: کنترل مد لغزشی، کنترل تطبیقی، کنترل داده محور، سیستم غیرخطی، سیستم چندورودی-چندخروجی، اغتشاش خارجی
  • فرناز صباحی* صفحات 39-55

    استدلال تقریبی در حوزه منطق فازی، برخلاف استدلال دقیق در منطق کلاسیک، یک راه شهودی برای حل بسیاری از مسایل پیچیده ارایه داده است. اما، آیا خود منطق فازی می تواند با آن نوعی از عدم قطعیت که در حوزه مسایل باز وجود دارد مقابله کند؟ اخیرا، زاده گسترشی از منطق فازی را پیشنهاد داده است که نشان دهنده انعطاف پذیر بودن در برابر دیدگاه ها درحالی که در جستجوی راه حل های نوین است می باشد. در معرفی منطق فازی توسعه یافته، مفهوم ف- انتقالی یکی از مفاهیم اساسی است. مجموعه ف- انتقالی شده را ف-مجموعه می نامیم. از طرف دیگر، برای ترجمه رتبه بندی در یک فرایند استدلال تقریبی در منطق فازی توسعه یافته نیاز به رتبه بندی ف-مجموعه ها می باشیم. ف-مجموعه ها، در اکثر موارد، در دو فضای متفاوت (فضای اعتبار و فضای امکان) ممکن است باهم همپوشانی داشته باشند درحالی که رتبه بندی فقط در فضای امکان انجام می شود. این ویژگی ف-مجموعه ها پرسش های زیادی را ایجاد می کند: وقتی یک ف-مجموعه دارای مجموعه امکان یکسان باشند ولی مجموعه اعتبار فازی یکی از آن ها مجموعه اعتبار فازی دیگری را پوشش می دهد کدام بزرگ تر است؟ این سوال و سوالات دیگر مسایل چالش برانگیزی را مطرح می کنند. برای روبه رو شدن با این چالش ها و برای یک رتبه بندی مناسب به همراه ایجاد تعامل در دو فضای موازی اعتبار و امکان، مفهوم تعادل بر اساس بهینگی مقید به اعتبار را برای اولین بار در رتبه بندی وارد کرده ایم. روش پیشنهادی رتبه بندی به مثال های برگرفته از سایر مقاله ها اعمال شده است و با نتایج این مقاله ها مقایسه شده است. همچنین، برای نشان دادن کارایی ، رویکرد پیشنهادی در کاربرد تشخیص بیماری که یکی از درخواست های علمی امروزه است با مطالعه موردی سندروم آفازیا مورد ارزیابی قرارگرفته است.

    کلیدواژگان: اعتبار، رتبه بندی، ف-مجموعه، تشخیص بیماری آفازیا
  • نسترن رنجکش، خوشنام شجاعی* صفحات 57-73

    در این مقاله، مساله بهبود عملکرد ردیابی خط سیر زمانی مرجع برای یک ربات شبه اتومبیل با قیود غیرهولونومیک در حضور اغتشاشات خارجی، غیر خطی ها و عدم قطعیت های پارامتری بررسی شده است. به همین منظور، ابتدا معادلات دینامیک و سینماتیک ربات شبه اتومبیل توصیف می شود و سپس برای ردیابی ربات شبه اتومبیل از روش نگاه به جلو در فضای دو بعدی استفاده می گردد. کنترل کننده پیشنهاد شده به کمک تکنیک کنترل سطح دینامیکی همراه با یادگیری تقویتی مبتنی بر شبکه عصبی بازیگر- منتقد طراحی خواهد شد و به منظور مقابله و جبران تاثیرات اغتشاشات خارجی، یک کنترل کننده مقاوم تطبیقی پیشنهاد می گردد. همچنین، برای بهبود عملکرد حالت گذرا و حالت ماندگار از روش عملکرد از پیش تعریف شده استفاده خواهد شد. یک شبکه عصبی بازیگر برای تخمین غیرخطی های نامعلوم و عدم قطعیت ها و یک شبکه عصبی منتقد برای ارزیابی عملکرد سیستم مورد استفاده قرار می گیرد. در ادامه، روش لیاپانوف مستقیم برای اثبات پایداری سیستم کنترل حلقه بسته و کرانداری نهایی یکنواخت خطاهای ردیابی، به کار گرفته خواهد شد. در انتها، اثر بخشی و کارآیی طرح کنترلی پیشنهادی با استفاده از نرم افزار متلب تایید می شود.

    کلیدواژگان: ربات شبه اتومبیل، کنترل نگاه به جلو، یادگیری تقویتی، کنترل کننده مقاوم تطبیقی، شبکه عصبی بازیگر، شبکه عصبی منتقد
  • مجتبی نوری منظر* صفحات 75-84

    کنترل تطبیقی ابطال ناپذیر رویکرد داده محور کلیدزنی در کنترل تطبیقی مقاوم است که تنها بر اساس داده های ورودی-خروجی سیستم از میان بانک کنترلی در دسترس کنترل کننده پایدارساز را انتخاب می کند. این انتخاب بدون فعال سازی کنترل کننده ها و بر اساس سیگنال مرجع مجازی و یک تابع هزینه انجام شده و پایداری سیستم حلقه بسته تضمین می شود. در این مقاله با الهام از رویکرد کنترل ابطال ناپذیر، هدف یافتن کنترل کننده ای از میان بانک کنترلی از پیش طراحی شده در دسترس است که بیشترین میزان تضعیف اغتشاش را دارد. این تصمیم بر اساس داده های سیستم و بدون اندازه گیری اغتشاش به کمک یک تابع هزینه انجام می شود. با معرفی مفهوم جدیدی به نام اغتشاش مجازی، عملکردکنترل کننده ها بدون فعال سازی آن ها ارزیابی می شود. همگرایی الگوریتم و میزان تضعیف اغتشاش روش پیشنهادی در قضیه ای اثبات شده است. به کمک شبیه سازی روی یک سیستم توربین باد، عملکرد روش پیشنهادی برای اغتشاشات گوناگون از جنس سرعت باد نشان داده شده است

    کلیدواژگان: کنترل اغتشاش، کنترل نظارتی کلیدزن، کنترل ابطال ناپذیر، توربین بادی
  • هاجر قطب، مهدی سیاهی*، علی معرفیان پور صفحات 85-98

    در این مقاله طراحی رویتگر مد لغزشی توزیع شده برای یک کلاس از سیستم های غیرخطی با تاخیر زمانی و اعمال نامعینی در یک شبکه متصل غیرجهتدار در نظر گرفته شده است. به طور خاص، هر رویتگر مد لغزشی توزیع شده به قسمتی از خروجی دسترسی دارد وبا رویتگرهای مجاور خود از طریق پروتکل های اجماع در یک شبکه گراف ارتباط برقرار می کند. این شبکه شامل N رویتگر محلی است که اطلاعات را از طریق یک شبکه گراف مخابراتی همراه با تاخیر زمانی و درنظر گرفتن نامعینی ارسال و دریافت می کنند. روش طراحی بر اساس بکارگیری شرایط لیپشیتز در سیستم های غیر خطی می باشد. دراین راستا با انتخاب مناسبی از توابع لیاپانوف، نامعادله ینسن به یک شبکه متصل غیرجهت دار، اعمال می گردد. همچنین از طریق الگوریتم طراحی، شرایط لازم و کافی برای طراحی پارامترها به منظور تثبیت دینامیک خطا تعریف شده است. در نهایت، شبیه سازی های عددی برای تایید اثربخشی روش پیشنهادی ارایه می گردد.

    کلیدواژگان: رویتگر مد لغزشی توزیع شده، تئوری گراف، سیستم غیرخطی، تاخیر زمانی، نامعینی
|
  • Ali Abooee*, Farzad Mahmoodian Barzi, Mohammad Haeri Pages 1-13

    In this paper, by utilizing the finite-time robust nonlinear control approach, the maximum power point tracking problem is discussed and investigated for a closed-loop photovoltaic system. First, a comprehensive dynamical model for the photovoltaic system is introduced and elaborated. Next, to achieve the maximum power point, reference values for current and voltage of the photovoltaic module are determined by mathematical analysis. By defining tracking errors and two auxiliary variables, it is mathematically demonstrated that the maximum power point tracking problem of an uncertain photovoltaic system is equivalent to the global finite-time stabilization problem of an equilibrium point associated with an uncertain second order nonlinear system. By developing the terminal sliding mode control and defining several innovative sliding manifolds, three different types of finite-time robust nonlinear controllers are designed and proposed to accomplish the maximum power point tracking goal for the closed-loop photovoltaic system. By applying several lemmas, it is proven that all proposed controllers are able to guarantee the mentioned stability of the closed-loop photovoltaic system in the presence of uncertainties. In proposed control schemes, the convergence finite time depends on the values of arbitrary constants and, in consequence, by choosing proper values for these constants, the aforementioned finite time would be reduced significantly. Eventually, three proposed control schemes are numerically simulated onto the photovoltaic system and simulation results illustrate that the suggested controllers properly fulfill and provide the maximum power point tracking objective.

    Keywords: Maximum power point tracking, Photovoltaic system, Global finite-time stability, Terminal sliding mode control, Sliding manifold
  • Mohammad Hossein Hashemi, Keyvan Zahedi, Mohsen Montazeri* Pages 15-26

    Drum water level control loop is one of the most important control loops in any steam power plant. In case of unacceptable performance of this loop, we have reduction of power plant efficiency, failure of equipment or maybe power plant shut down. Since in this loop, we use the feed water control valve as final control element, is very important to have minimum swing as possible in order to increase of the life cycle control valve. In this paper, to achieve this objective, a new adaptive control algorithm is proposed which have good life cycle control valve, to reduce the disturbance effect due to steam demand variation, to consider drum thermodynamic nonlinear characteristics and to robust to dynamical parameters variation. In order to evaluate the performance of proposed algorithm in real industrial situation, this algorithm is applied to Qom combined cycle power plant boiler No 11 drum water level dynamical model. The simulation results using this algorithm and power plant classical controller, sliding mode control, Auto-tune fraction order PID show the proposed algorithm regarding the life cycle of feed water control valve and control loop performance in different conditions has better performance compared to these algorithms.

    Keywords: Drum water level control, Power plant boiler, Control loop performance, Control valve lifetime, Adaptive control algorithm
  • Mohammad Farrokhi*, Sina Naderian Pages 27-38

    The model-based controllers need a mathematical model of the system, whereas the data-driven controllers operate based on measuring the input-output data. Nowadays, considering complexity of the industrial systems and unavailability of an accurate mathematical model of the system, scientists try to reduce dependency of the controllers on the mathematical model. In this paper, an adaptive sliding-mode data-driven controller for a class of unknown multi-input multi-output nonlinear discrete-time systems is proposed. Because the chattering phenomenon is the main challenge of the sliding-mode controllers, an adaptive sliding-mode controller is used to solve this problem. In addition, to solve the dependencies of the controller on the mathematical model, the proposed adaptive sliding-mode controller is combined with a data-driven controller. Next, the new adaptive laws for the switching gain and the Pseudo Jacobian Matrix (PJM) are calculated. In addition, the closed-loop stability based on the Lyapunov theory is investigated. To show performance of the controller, the proposed method is applied to a three-tank system. The proposed controller has some advantages in comparison with similar methods in references, such as reducing the conservatism and complexity in the controller design and simplifying the closed-loop stability analysis. The simulated results show that the proposed method better tracks the reference signals and improves rejection of the external disturbances. Furthermore, the chattering phenomenon is considerably reduced.

    Keywords: Sliding-mode control, Adaptive control, Data-driven control, Nonlinear systems, MIMO systems, External disturbance
  • Farnaz Sabahi* Pages 39-55

    The sense of approximate reasoning within fuzzy logic, in contrast to precise reasoning within classical logic, provided an intuitive way of handling many of the world’s difficult problems. But can fuzzy logic, by itself, handle the sort of uncertainty that we find in the class of open world problems? Recently, Zadeh introduced an extension of fuzzy logic that means being flexible while looking for new solutions. The concept of f-transformation is one of the fundamental concepts in extended fuzzy logic, it is important to define f-transformed set up to develop extended fuzzy logic. This f-transformed set is named as f-set. On the other hand, in order to translate the hierarchy into an approximated argument process in extended fuzzy logic, it is necessary to rank the f-sets. In fact, f-sets, in most cases, may overlap in two their parallel spaces of possibility and validity, while their ranking is done in possibility space. This property of f-sets raises further questions: how would f-sets be ranked when their fuzzy validity set of one covers another? These and other questions surrounding the ranking of f-set numbers raise challenging issues. To meet these challenges and to have a proper ranking and to interact with the two parallel spaces of validity and possibility, we have incorporated the concept of equilibrium in the form of validity constrained optimality in ranking for the first time. The proposed ranking approach is applied to examples taken from previous comparative studies from the literature and compared with their results. In addition, to illustrate efficiency, the proposed approach has been evaluated through the help of disease diagnosis, which is one of the scientific today requests by a case study of aphasia diagnosis.

    Keywords: Validity, Ranking, f-set, Diagnosis Aphasic Syndromes
  • Nastaran Ranjkesh, Khoshnam Shojaei* Pages 57-73

    In this paper, the performance improvement problem of a reference trajectory tracking for a car-like mobile robot with nonholonomic constraints in the presence of external disturbances, nonlinearities and uncertain parameters is investigated. For this purpose, at first the dynamic and kinematic equations of the car-like mobile robot are expressed and then the look-ahead control method in two dimensional is used for the tracking of the car-like mobile robot. The purposed controller will be designed by using the dynamic surface control method with the reinforcement learning based on the actor-critic neural network and an adaptive robust controller is proposed to compensate the effects of external disturbances. Moreover, the prescribed performance control method will be utilized to improve the transient state and steady state. An actor neural network is used to estimate unknown nonlinearities and uncertainties and a critic neural network is employed to evaluate system performance. In the sequel, the direct Lyapunov method will be used to prove the closed-loop control system stability and uniform ultimate boundedness of tracking errors. Finally, the effectiveness and efficiency of the proposed control scheme are confirmed by using MATLAB software.

    Keywords: Actor neural network, Adaptive robust controller, Car-like mobile robot, Critic neural network, Look-ahead control, Reinforcement learning
  • Mojtaba Nouri Manzar* Pages 75-84

    Unfalsified adaptive control strategy is a data-driven approach in robust adaptive control that selects the stabilizing controller from an the available control bank based on the input-output system’s data. Selection is done without activating the controllers by using the virtual reference signal and a cost function. Stability of the closed loop system is guaranteed. In this paper, inspired by the unfalsified control approach, the goal is to select a controller from the available pre-designed controller bank that has the highest level of disturbance attenuation. The selection is based on the system’s data by using a cost function without disturbance measurement. By introducing a new concept called virtual disturbance, the performance of controllers is evaluated without activation. The convergence of the algorithm and the disturbance attenuation level of the proposed method have been proven in a theorem. Simulation results show performance of the proposed method on a wind turbine for various wind speed disturbances.

    Keywords: Disturbance control, Supervisory Switching Control, Unfalsified control, Wind Turbine
  • Hajar Ghotb, Mehdi Siahi*, Ali Moarefian Pour Pages 85-98

    This paper propounds a distributed observer design for a class of nonlinear systems with time delays and applying uncertainty in an undirected network. In particular, each distributed observer has availability, to partial output as it communicates with its neighboring observers through consensus protocols defined on the undirected network. The network includes M local observers where adjacent observers transmit and receive data through a delayed telecommunication graph network with uncertainty. The design method is based on Lipschitz condition of nonlinear terms. Appropriate selection of Lyapunov functions is created, and the Jensen inequality applied in undirected network. Also, by the design algorithm, the necessary and sufficient conditions for the design of parameters are defined so as to stabilize the error dynamics. Finally, numerical simulations are provided to contrast the effectiveness of the proposed method.

    Keywords: Distributed sliding mode observers, Graph theory, Non-linear system, Time delay, Uncertainty