25101

طراحي كنترل كننده ي كليدزن مبتني بر يادگيري تكراري براي كلاس خاصي از سيستمهاي كليدزن

كارشناسي ارشد

مهندسي برق،گرايش كنترل

1397

خرداد 1400

پروفسور محمدرضا جاهد مطلق

مهندسي برق

اين تحقيق به كنترل و پايدارسازي كلاس خاصي از سيستمهاي كليدزن پيوسته با عملكرد تكراري با استفاده از كنترلكنندههاي مبتني بر يادگيري تكرار شونده پرداخته است. سيستمهاي كليدزن به عنوان زيرمجموعهاي از سيستمهاي هايبريدي، كه داراي تعداد متناهي زيرسيستم و يك قانون كليدزني كه زيرسيستم فعال را تعيين ميكند، معرفي ميشوند. از طرفي، با توجه به اينكه اغلب سيستمها و فرآيندهاي عملي، داراي عملكرد تكراري بوده و اين عمليات در يك بازه زماني محدود انجام ميگيرند، كنترلكننده طراحي شده بايد رديابي يك مسير مطلوب در اين زمان محدود را به صورت كاملا دقيق انجام دهد. كنترلكنندههايي كه به روش معمولي طراحي ميشوند، پايداري خطاي رديابي را يا به صورت مجانبي و در زمان بينهايت تضمين ميكنند و يا اينكه در زمان محدود، پاسخ گذراي نامطلوبي دارند. براي حل اين مشكلات اساسي از كنترلكنندههاي مبتني بر يادگيري تكراري استفاده ميشود. در استفاده از اين كنترلكنندهها، خروجي سيستم معمولا در تكرارهاي اوليه، به پاسخ مطلوب همگرا نيست و ممكن است حالت گذراي نامطلوب نيز داشته باشد، اما با توجه به ماهيت يادگيري اين كنترلكنندهها، پس از چند تكرار، سسيستم قادر به ايجاد خروجي مطلوب خواهد بود. با توجه به اينكه مجموع زمان تكرارها مقدار محدود و مشخصي است بنابراين كنترل سيستمها توسط كنترلكنندههاي مبتني بر يادگيري تكرار شونده در زمان محدود انجام ميگيرد. بررسي مقالات اين زمينه نشان ميدهد كه طراحي كنترلكننده مبتني بر يادگيري تكراري براي سيستمهاي كليدزني كه داراي نامعيني در مدلسازي و نامعيني خارجي )از جمله نويز( هستند، نتايج بسيار مطلوبي در زمان محدود ارائه ميدهد. اين كنترلكننده در مقايسه با ديگر كنترلكنندهها داراي ساختار سادهاي بوده و پيادهسازي آن بسيار ساده است. كلاس خاصي از سيستمهاي كليدزن كه در اين تحقيق به آن پرداخته شده است، شامل زيرسيستمهاي خطي و غيرخطي است. سيستم مذكور، با استفاده از يك كنترلكنندهي كليدزن كه متشكل از دو نوع از انواع كنترلكنندههاي مبتني بر يادگيري تكرارشونده است، كنترل ميشود كه يكي از كنترلكنندهها براي زيرسيستمهاي خطي و ديگري براي زير سيستمهاي غيرخطي در نظر گرفته شده است و با تعويض نوع زير سيستم، نوع كنترلكننده نيز تغيير خواهد كرد. در ابتدا با استفاده از تابع لياپانف چندگانه پايداري نمايي سيستم بررسي و اثبات ميشود و زمان اقامت متوسط كليدزني سيستم تعيين ميشود كه بر خلاف اغلب تحقيقات پيشين در اين زمينه، سيستم كليدزني دلخواه ندارد. سپس در گام بعدي ضرايب آموزشي كنترلكننده از حل نامساويهاي ماتريسي به گونهاي بدست خواهند آمد كه پايداري نمايي سيستم را تضمين كنند. در نهايت، يك مثال عددي جهت نشان دادن كارايي روش پيشنهادي ارائه شده است.

1400/06/01

Design of Iterative Learning-based switching control for a class of switching systems

1/1/1900 12:00:00 AM

This thesis investigates control and stabilization of a specific class of switching continuous-time repetitive systems using iterative learning-based controllers. Since most systems and processes operate repetitively during a finite-time interval, the designed controller must be able to track a desired trajectory in this time interval perfectly. Usual controllers guarantee the stability of the tracking error asymptotically at infinite time or have an undesirable transient response at a finite time. To solve these basic problems iterative learning-based controllers are introduced. In using this controllers, usually, system output does not converge to desired response in early iterations, and it may has transient undesirable response. Due to the learning ability of this controllers, after several iterations, system able to create the desired output. Because of limited and specific value of the total time of iterations, the control will be done in limited time. This controller has a simple structure compared to other controllers.The specific class of switching continuous-time systems discussed in this study include linear and nonlinear subsystems. The system is controlled by a switched controller which consists of two types of iterative learning-based controllers, one of which is intended for linear subsystems and the other for nonlinear subsystems. First, multiple 2D Lyapunov function-based analysis ensure that the 2D system is exponentially stable and the tracking error will converge to zero on iteration domain, the average dwell time of the system is obtained. Then, learning gains of the controller will be obtained by solving two linear matrix inequalities in a way that ensures the exponential stability of the system. Finally, the efficacy of the proposed controller is demonstrated by the simulation results.

سيستمهاي كليدزن، يادگيري تكراري، كنترل كننده مبتني بر يادگيري تكراري، تابع لياپانف چندگانه، زمان اقامت متوسط، كنترل كننده كليدزن مبتني بر يادگيري تكراري

switching systems, iterative learning, multiple Lyapunov functions, average dwell time, switched iterative learning-based controller.