فهرست مطالب

کنترل - سال پنجم شماره 3 (پاییز 1390)

مجله کنترل
سال پنجم شماره 3 (پاییز 1390)

  • تاریخ انتشار: 1391/02/12
  • تعداد عناوین: 7
|
  • وحید قاسم زاده*، جعفر حیرانی نوبری صفحه 1
    سیستم های ناوبری اینرسی رایج، اغلب از شتاب سنجها جهت اندازه گیری شتابهای خطی و از ژیروسکوپها جهت اندازه گیری سرعتهای زاویه ای استفاده می کنند. ژیروسکوپها دارای معایبی نظیر تکنیک ساخت پیچیده، قیمت بالا، حجم زیاد و... هستند؛ با توجه به این عوامل، شتاب سنجهای ارازن قیمت با اندازه های کوچکتر جایگزین ژیروسکوپها در بعضی از سیستمهای ناوبری اینرسی شده اند. در این مقاله، یک ساختار 10 تایی از شتاب سنجها پیشنهاد می شود که این ساختار توانایی تعیین شتابهای خطی و سرعتهای زاویه ای وسیله را به طور کامل دارد. مزایای این روش نسبت به روش های پیشین، سادگی روابط، و عدم نیاز به انتگرالگیری مستقیم از شتابهای زاویه ای وسیله می باشد. شتاب سنجهای واقعی دارای خطاهایی نظیر بایاس شتاب سنجها و ناهم محوری محور حساسیت آنها هستند که تاثیر قابل ملاحظه ای در دقت سیستمهای ناوبری دارند؛ بنابراین، این خطاها و تاثیر آنها در ناوبری، در مدلسازی و شبیه سازی در نظر گرفته شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی و آنالیز خطای ناوبری نشان می دهد که این روش در ناوبری های کوتاه مدت از دقت مطلوبی برخوردار است.
    کلیدواژگان: ناوبری اینرسی، ژیروسکوپ، شتاب سنج، بایاس، ناهم محوری
  • قاسم کرچی، عارف شاه منصوریان صفحه 11
    در این مقاله روشی جدید برای طراحی دکوپلر دینامیکی ارائه شده است. این روش بر اساس رسم مشخصه فرکانسی دکوپلر و تخمین زدن آن با استفاده از تابع تبدیلی سره، پایدار و علی در بازه فرکانسی معین بنا شده است. در ادامه در مورد ارتباط طراحی دکوپلر و کنترل کننده و نقش آن در کاهش تداخل حلقه ها بحث شده است. در انتها روش حلقه بستن ترتیبی با تست رله و کنترل کننده PID با روش طراحی دکوپلر ارائه شده ترکیب شده است. نتایج موفقیت آمیز این روش در دکوپله کردن سیستم با استفاده از شبیه سازی نشان داده شده است.
    کلیدواژگان: چند ورودی چند خروجی، دکوپلر، حلقه بستن ترتیبی، تست رله، PID
  • بیژن معاونی، شیما روحی صفحه 24
    این مقاله، به مقایسه روش های ترکیب اطلاعات مبتنی بر ترکیب بردار حالت حاصل از تخمینگر کالمن با استفاده از اطلاعات حاصل از چند حسگر که یکی از بارزترین روش های ترکیب اطلاعات می باشد پرداخته است. پس از معرفی روش های مبتنی بر ترکیب بردار حالت، در ادامه به تحلیل، بررسی و مقایسه این روش ها از طریق مقایسه مقدار خطای تخمین و همچنین حجم محاسباتی الگوریتم های مذکور در پیاده سازی الگوریتم ها خواهیم پرداخت. تمرکز مقاله حاضر بر ارائه قضایایی در خصوص برابر بودن ماتریس های کوواریانس خطای تخمین در روش های ترکیب بردار حالت و طراحی و اجرای شبیه سازی های مناسبی به منظور تحلیل حجم محاسباتی الگوریتم های مربوط به این روش ها است.
    کلیدواژگان: ترکیب اطلاعات حاصل از چند حسگر، ترکیب بردار حالت، فیلتر کالمن، کوواریانس خطای تخمین
  • وحید بهنام گل، ایمان محمدزمان *، احمدرضا ولی، نعمت الله قهرمانی صفحه 36

    در این مقاله یک قانون هدایت دو نقطه ای برای رهگیر های آشیانه یاب، با استفاده از کنترل مد لغزشی مرتبه دوم زمان محدود و بر اساس ایده ناوبری موازی طراحی شده است. در الگوریتم ارائه شده، قانون هدایت با در نظر گرفتن مانورهای هدف به عنوان نامعینی طراحی شده و نیازی به اندازه گیری یا تخمین دقیق این مانورها نمی باشد. برای تعیین دستور شتاب در این روش، سطح لغزشی بر اساس نرخ چرخش خط دید تعریف شده و برای اجتناب از رخ دادن پدیده ی وزوز، از مد لغزشی مرتبه دوم استفاده شده است. در قانون هدایت پیشنهادی، قابلیت رسیدن نرخ چرخش خط دید به سطح لغزش صفر در مدت زمان محدود وجود داشته که منجر به بهبود عملکرد و افزایش پایداری حلقه هدایت در برابر اهداف مانوردار می شود.

    کلیدواژگان: قانون هدایت، ناوبری موازی، مد لغزشی مرتبه دوم، کنترل زمان محدود
  • مسعود علی اکبر گلکار، علی احمدیان، امین صفری صفحه 45
    میرایی نوسانات الکترومکانیکی فرکانس پایین برای تضمین عملکرد صحیح سیستم قدرت امری ضروری است. عملکرد سریع کنترل کننده های FACTS بر پایه الکترونیک قدرت، که توانایی بالایی در بهبود عملکرد دینامیکی و حالت دائم سیستم قدرت دارد، به عنوان جدیدترین رهیافت جهت پایداری سیستم قدرت می باشد. در این مقاله، یک روش نوین جهت طراحی کنترل کننده میرایی برای STATCOM با هدف بهبود نوسانات فرکانس پایین، در یک شبکه تک ماشینه متصل شده به شین بی نهایت ارائه شده است. بر اساس خطی سازی مدل هفرون-فلیپس، مسئله طراحی کنترل کننده میرایی، در ناحیه وسیعی از شرایط عملکرد و تنظیمات سیستم بصورت یک مسئله بهینه سازی با تابع معیار چند منظوره تبدیل شده و با استفاده از الگوریتم بهینه سازی زنبوران عسل حل می شود. برای تضمین دقت الگوریتم پیشنهادی، نتایج شبیه سازی با نتایج بدست آمده از طریق کاربرد الگوریتم ژنتیک مقایسه شده است. کنترل کننده طوری تنظیم می شود که مدهای الکترومکانیکی ناپایدار را به ناحیه مشخصی از صفحه مختلط انتقال دهد. تحلیل مقادیر ویژه و شبیه سازی غیر خطی زمانی تحت اغتشاشات مختلف، با استفاده از هر دو پارامتر کنترلی STATCOM (کنترل ولتاژ خازن و کنترل ولتاژ ترمینال)، کارایی کنترل کننده پیشنهادی را نشان می دهد. تحلیل نتایج نشان می دهد الگوریتم بهینه سازی زنبوران عسل کارایی بهتری نسبت به الگوریتم ژنتیک در طراحی کنترل کننده میرایی دارد و همچنین طراحی کنترل کننده بر اساس کنترل ولتاژ خازن (پارامتر φ) در مقایسه با کنترل ولتاژ ترمینال (پارامتر C)، در میرا کردن نوسانات فرکانس پایین عملکرد بهتری داشته و پایداری دینامیکی سیستم را افزایش می دهد.
    کلیدواژگان: الگوریتم بهینه سازی زنبوران عسل، پایداری دینامیکی سیستم قدرت، میرایی نوسانات توان، جبران ساز سنکرون استاتیکی، بهینه سازی چند منظوره
  • محمد تقی قربانی، حسن سالاریه، نیما اسدیان صفحه 57
    در این مقاله، مسئله طراحی مسیر بهینه برای یک شناور تندروی پروازی مطرح می گردد. بدین منظور در ابتدا یک مدل ریاضی برای دینامیک غیر خطی این شناور ارائه می شود. سپس سناریوی مسیر بهینه با کمترین زمان مانور با در نظر گرفتن قیودی روی سیستم هدایت، قیود مربوط به سرعت های خطی و زاویه-ای شناور و قیود غیر هولونومیک ناشی از دینامیک معرفی و مورد بررسی قرار گرفته است. برای حل این مساله کنترل بهینه مقید به روش غیر مستقیم، مجموعه معادلات دیفرانسیل با شرایط مرزی مستخرج از هامیلتونی سیستم تشکیل گردیده و برای حل عددی این معادلات از روش گسسته سازی ورودی-های کنترلی، تکنیک عددی سریع ترین شیب، و همچنین تکنیک تابع جریمه توسعه یافته خطی برای اعمال قیود تساوی و نامساوی، استفاده شده است. در نهایت با مقایسه حل تحلیلی مسئله مانور مینیمم زمان و روش مورد استفاده و ذکر چند مثال در قالب تعریف سناریوهای مختلف به بررسی روش ارائه شده پرداخته شده است. نتایج حاصل از این سناریوها، نشان دهنده قابلیت بالای این روش در طراحی مسیر بهینه، برای شناور تندرو پروازی مورد بررسی است.
    کلیدواژگان: شناور پروازی، طراحی مسیر بهینه، معادلات شرط مرزی هامیلتونی، روش سریع ترین شیب، تابع جریمه توسعه یافته خطی
  • یوسف علیپوری، جواد پشتان صفحه 69
    در بسیاری از کاربردهای صنعتی رسیدن به حداقل واریانس در خروجی تضمین کننده کارایی سیستم و موجب بهره وری بالا و کاهش مصرف انرژی است. از این رو، موضوع حداقل واریانس موضوعی مهم در مهندسی کنترل محسوب می شود. از نظر تئوری کنترل حداقل واریانس کنترل بهینه ای است که می تواند حداقل واریانس ممکن را تضمین کند. با این وجود، استفاده از این کنترل کننده با محدودیت-هایی همراه است که مهمترین این محدودیت ها، نیاز کنترل کننده به مدلی دقیق از سیستم و اغتشاش است. مدل سازی سیستم های چند ورودی - چند خروجی (MIMO) به علت وجود وابستگی بین حلقه ها به سادگی نوع تک ورودی- تک خروجی (SISO) نیست. از طرف دیگر وجود اغتشاشات بر این پیچیدگی می افزاید. در این مقاله از مدل VARX (Vector ARX) برای شناسایی همزمان سیستم و اغتشاش استفاده شده است. سپس مدل بدست آمده اساس کار طراحی کنترل کننده حداقل واریانس قرار گرفته است. استفاده از مدل شناسایی شده VARX (با استفاده از داده های معمول از کار سیستم) برای طراحی کنترل کننده، روش پیشنهادی را برای کاربردهای صنعتی مناسب می-سازد. روش پیشنهاد شده بر روی سیستم آزمایشگاهی 4 تانک، که سیستمی غیرخطی است، به صورت عملی امتحان شده است. نتایج این تحقیق نشان می دهند که با استفاده از این نوع مدل می توان کنترل کننده حداقل واریانسی برای سیستم MIMO طراحی کرد که به مدل دقیق از سیستم نیاز نداشته باشد و با این وجود، دقت آن در رسیدن به حداقل واریانس در مقایسه با روش دقیق اما پیچیده و مبتنی بر مدل ماتریس اینترکتو، قابل قبول باشد. به علاوه، دقت روش پیشنهادی (مبتنی بر VARX) در رسیدن به حداقل واریانس، نسبت به روش مشابه تحلیل سری زمانی چند متغیره (مبتنی بر VAR) نیز برتری دارد.
    کلیدواژگان: کنترل کننده حداقل واریانس، مدل VARX، مدل سازی سیستم و اغتشاش، روش سری های زمانی، سیستم 4 تانک
|
  • Vahid Ghasemzadeh*, Jafar Heyrani Nobari Page 1
    current inertial navigation systems usually use liner accelerometer and gyroscopes to sense linear accelerations and angular velocity, respectively. The gyroscopes have the disadvantage such as: complicated manufacture technique, high cost, and large volume and so on. Due to these factors the small accelerometers with low cost to replace the gyroscopes in some inertial navigation systems. In this paper a ten-accelerometer configuration is proposed which can determine linear acceleration an angular velocity completely. The advantages of this method in comparison with previous works are the simplicity of the equations and elimination of direct integration of angular acceleration.Actual accelerometers have errors such as bias and misalignment which have significant effect on precision of inertial navigation systems. So, these errors and their effect on navigation are considered in modelling and simulation. The obtained results of simulation show that this method has suitable precision in short time navigation systems.
    Keywords: Inertial navigation, gyroscope, accelerometer, bias, misalignment
  • Page 11
    In this paper a new method to design dynamical decoupler is presented. This method is based on drawing the frequency characteristic of decoupler and its estimation by using of a proper, stable and causal transfer function in a determined frequency range.Then has been discussed about the relationship between design decoupler and controller and its role in reducing the interactions of loops. Finally the sequential loop closing method with relay test and PID controllers is combined with the proposed decoupler design method. Successful results of this method in decoupling the multivariable system is shown with simulation.
    Keywords: MIMO, Decoupler, Sequential design, Relay test, PID
  • Bijan Moaveni, Shima Rouhi Page 24
    In this paper, we compare the performance of state vector fusion methods for data fusion of multi sensors networks by comparing the estimation errors covariance. Here, we represent the three main state vector data fusion methods and we prove the equivalency of the estimation error covariance matrices corresponding to these three methods. In last part of the paper, the simulation results are presented to show the effectiveness of the theoretical results. Also, we analyze the computational load of these three methods by simulation analysis.
    Keywords: Multi, Sensor Data Fusion, State Vector Fusion, Kalman Filter, Estimation Error Covariance
  • Vahid Behnam Gol, Iman Mohammadzaman, Ahmad Reza Vali, Nemat Allah Page 36

    In this paper, a two point guidance law for homing interceptors using finite time second order sliding mode control and based on parallel navigation is proposed. In the proposedguidance law, sliding surface is selected as the line of sight rate and the target maneuvers are considered as an uncertainty which only needs the upper bound of these maneuvers. Furthermore, the proposed algorithm can guarantee the finite time convergence of the LOS rate to zero or a small neighborhood of zero. Therefore, the performance and stability of guidance loop against maneuvering targets are increased.

    Keywords: guidance law, parallel navigation, second order sliding mode, finite time control
  • Masoud Aliakbar Golkar, Ali Ahmadian, Amin Safari Page 45
    Damping of low-frequency electro-mechanical oscillation is very important for the system secure operation. The fast acting, FACTS device which is capable of improving both steady state and dynamic performance permit newer opproaches to system stabilization. In this paper, presents a novel approach for designing of damping controller for STATCOM in order to enhance the damping of power system low frequency oscillations(LFO). Based on Phillips-heffron model linearization, problem of damping controller design considered as an optimizing problem of multi purpose with criterion function and it is solved with utilizing honey bee mating optimization algotithm. To validate the accuracy of results a comparison with GA has been made. This controller is designed in order to transmit unstable electromechanical modes to specific area of complex plane. The proposed controller performance is confirmed by analysis of eigenvalue and nonlinear timedomain simulation under various disturbances with both control parameter of STATCOM(capacitor voltage control and terminal voltage control). Simulation results illustrate that design of controller based of capacitor voltage control in comparison with terminal voltage control has better low frequency oscillation damping and it increases dynamical stability of power system.
    Keywords: Honey Bee Mating Optimization, power system stability, power oscillation Damping, STATCOM, multiple optimization
  • M.T. Ghorbani, H. Salarieh, N. Assadian Page 57
    In this paper, the problem of trajectory planning for a high speed planing boat withthe aim of time optimization under nonlinear equality and inequality constraints is addressed. First, a nonlinear mathematical model of the craft dynamic and then the Hamiltonian boundary value problem (HBVP) equations are derived. The problem is solved using nolinear programming by discretizing the control time history and adjoining the constraints to the cost function via Linear Extended Penalty Function (LEPF) method. The Steepest Descent (SD) approach is used to solve this nonlinear programming. Some examples of boat minimum time maneuver are presented to demonstrate the effectiveness of the approach for designing optimal maneuvers.
    Keywords: High Speed Planing Boat, Trajectory Optimization, Hamiltonian Boundary Value Problem, Steepest Descent Approach, Linear Extended Penalty Function Method
  • Yusef Alipouri, Javad Poshtan Page 69
    In most industrial applications, attaining minimum output variance certifies the efficiency of system and results in increasing productivity and decreasing energy consuming. Therefore, minimum variance index is considered as one of the main subjects in control engineering field. A minimum variance controller is an optimal controller that provides (theoretically) the minimum possible variance. Designing this controller, however, requires exact models of both the system and disturbance. Due to existence of interactions among loops, modeling MIMO systems is often complicated. Existence of disturbance is another reason for this complication. In this paper, in order to avoid the need for an analytical model of system, VARX model has been used to simultaneous identification of the plant and disturbance. Then, the estimated model is used for designing a minimum variance controller. In this method, operating data of inputs and outputs of the system are the only requirements for identification of the VARX model. The proposed method has been tested on an experimental benchmark such as a four-tank system which has a nonlinearbehavior. The investigation results show that a minimum variance controller can be designed, based on an identified VARX model, for a MIMO system, without any need for an exact model of the system, while at the same time, capable of providing an acceptable minimum variance compared to that precisely obtained using the model-based ―Interactor-Matrix‖ method.
    Keywords: Minimum variance controller, VARX model, Modeling plant, disturbance, Time series method, Quadruple, tank benchmark