25693

تخمين و كنترل تحمل پذير يكپارچه عيب با استفاده از مفاهيم فازي چندجمله اي

دكتري

مهندسي برق

97-96

1400/09/08

محمد فرخي

بيژن معاوني

مهندسي برق

در اين رساله، مساله تخمين و كنترل تحمل¬پذيريكپارچه عيب با استفاده از مدل فازي چندجمله¬اي و براساس روش تجزيه مجموع مربعات مطالعه شد. تبديل مساله غيرمحدب به مساله محدب، مديريت حالات گذرا درهنگام وقوع عيب، و رفع آثار متقابل بين واحدهاي كنترل و تخمين عيب از چالش¬هاي انگيزشي اين رساله بود. براي تخمين عيب، در اين رساله از رويتگر ورودي ناشناخته فازي چندجمله¬اي افزوده (فازي-تطبيقي چندجمله¬اي) براي كاهش تاثير تغييرات ناشي از ورودي¬هاي ناشناختهي غيرقابل¬ انداره¬گيري استفاده شد. در اين¬حالت، ورودي¬ ناشناخته مي¬تواند اثرعيب، اغتشاش و ديناميك¬هاي مدل-نشده باشد و حضورآن¬ها به¬محض امكان آشكارشود. به¬علاوه، عيوب سنسور و عملگر، اغتشاش ورودي، و نامعيني ساختاريافته براي نزديك¬تر شدن به سيستم¬هاي عملياتي درنظرگرفته شدند. حضور عيب سنسور، استفاده از كلاس III از مدل فازي چندجمله¬اي و متغير پيش¬فرض غيرقابل اندازه¬گيري را لازم داشت و منجر به پيچيده¬تر شدن طراحي شد. در اين ميان، كاهش محافظه¬كاري مي¬تواند توسط انتخاب تابع لياپانوف مناسب تحقق يابد. براي بهره¬مندي از مزيت كاهش محافظه¬كاريِ توابع لياپانوف چندجمله-اي و همزمان جلوگيري از ظهور عبارت¬هاي غيرمحدب به¬دليل مشتق ماتريس لياپانوف، از تابع لياپانوف چندجمله¬اي همگن استفاده شد. مقايسه نتايج حاصل از تابع لياپانوف چندجمله¬اي همگن با تابع لياپانوف مربعي محافظه¬كاري كمتر و تلاش كنترلي كمتر هنگام استفاده از خاصيت همگني و چندجمله¬اي را تاييد كرد. براي ارزيابي روش¬ پيشنهادي، تخمين و كنترل تحمل¬پذير عيب يك سيستم آونگ وارون و دو سيستم عددي شبيه¬سازي شدند. عملكرد تخمين و تحمل¬پذيري عيب روش پيشنهادي در هر مرحله با روش نامساوي ماتريسي خطي مقايسه شد. نتايج نشان داد كه روش پيشنهادي از منظر تحمل¬پذيري عيب، مديريت حالات گذرا، بازيابي سيستم به حالت پيش از وقوع عيب، و تخمين عيب بر روش نامساوي ماتريسي خطي برتري داشته و در مقابل عيوب و نامعيني¬هاي شديد مقاوم¬تر مي¬باشد. به¬علاوه، روش پيشنهادي بر سيستم ژيروسكوپ آزاد به¬عنوان يك سيستم چندورودي-چندخروجي اعمال و اثربخشي آن بر سيستم چندورودي-چندخروجي نشان داده شد.

1400/09/21

Integrated Fault-Tolerant Control and Estimation using polynomial fuzzy concepts

1/1/1900 12:00:00 AM

In this dissertation, the problem of estimation and control of integrated fault tolerance was studied using a polynomial fuzzy model based on the sum of square decomposition method. Transforming the non-convex problem into a convex problem, managing transient situations when a fault occurs, and eliminating interactions between control units and fault estimation were some of the motivational challenges of this dissertation. To estimate the fault, the polynomial fuzzy unknown input observer (polynomial fuzzy-adaptive) was used to reduce the effect of changes due to immeasurable unknown inputs. In this case, the unknown input can be the effect of faults, disturbances and unmodulated dynamics, and their presence can be detected as soon as possible. In addition, sensor and actuator faults, input disturbance, and structured uncertainties were considered to get closer to the operating systems. The presence of a sensor fault necessitated the use of a Class III polynomial fuzzy model and an immeasurable premise variable that complicate the design. Reducing the conservatism can be achieved by choosing the appropriate Lyapunov function. To take advantage of the conservatism reduction of polynomial Lyapunov functions and at the same time prevent the emergence of non-convex expressions due to the derivative of the Lyapunov matrix, the homogeneous Lyapunov function was used. Comparison of the results of the homogeneous Lyapunov function with the quadratic Lyapunov function confirmed less conservatism and less control effort when using the homogeneity and polynomial property. To evaluate the proposed method, estimation and fault tolerant control of one inverted pendulum system and two numerical systems were simulated. The performance of estimation and fault tolerance of the proposed method were compared with the linear matrix inequality method at each stage. The results showed that the proposed method is superior to the linear matrix inequality method in terms of fault tolerance, transient state management, system recovery after fault occurrence. Moreover, it is more resistant to severe faults and uncertainties. In addition, the proposed method was applied to the free gyroscope system as a multi-input-multi-output system.

كنترل تحمل پذيريكپارچه عيب , مدل فازي چندجمله اي , تخمين عيب , رويتگر فازي چندجمله اي ورودي ناشناخته , عيب سنسور , تابع لياپانوف چندجمله¬اي همگن , تجزيه مجموع مربعات

Integrated fault tolerance control , polynomial fuzzy model , fault estimation , polynomial fuzzy unknown input observer , sensor fault , homogeneous polynomial Lyapunov function , sum of square decomposition