27059

پايدارسازي سيستم خطي پارامترمتغير با رويكرد كنترل پيش بين مقاوم خودتحريك مبتني بر تيوب

دكترا تخصصي (Phd)

مهندسي برق- كنترل

1401

1401/04/15

دكتر محمد فرخي

مهندسي برق

در اين رساله، مساله طراحي كنترل كننده پيش بين مقاوم مبتني بر تيوب براي سيستم هاي خطي پارامترمتغير مورد بررسي قرارگرفته است. در اين كلاس از سيستم ها، ماتريس هاي فضاي حالت سيستم توابع اَفايني از يك پارامترِ متغير با زمان هستند كه نشان دهنده ترم هاي غيرخطي سيستم بوده و رفتار آن در زمان هاي آينده معمولاً نامعلوم و داراي عدم قطعيت است. با استفاده از كنترل پيش بين مقاوم مي توان تاثير عدم قطعيت در ماتريس هاي فضاي حالت سيستم، كارايي، پايداري و مقاوم بودن در حضور اغتشاشات خارجي را در طراحي كنترل كننده لحاظ كرد. از اين رو، در گام نخست از اين رساله مساله طراحي كنترل كننده پيش بين مقاومِ مبتني بر تيوب با لحاظ كردن رفتار آينده پارامتر عدم قطعيت مورد بررسي قرارگرفته است. به منظور افزايش ناحيه جذب سيستم حلقه بسته، سطح مقطع تيوب ها به گونه اي طراحي شده‌اند كه داراي شكل و اندازه اي متفاوت باشند. لذا، كنترل كننده پيش بين داراي بيش ترين انعطاف پذيري و درجه آزادي در طراحي تيوب و تعيين سيگنال هاي كنترلي بهينه است؛ كه اين امر منجر به كاهش محافظه كاري در طراحي كنترل كننده شده است. بنابراين، در هر لحظه نمونه برداري، پارامترهاي تيوب و ورودي هاي كنترلي بهينه به صورت وصل-خط از حل مساله بهينه سازي مقيد به دست آمده‌اند. از طرف ديگر، در بسياري از كاربردهاي عملي سيستم حلقه بسته به صورت «تحت شبكه» پيكربندي مي شود كه در اين ساختار كنترلي، به منظور كاهش استفاده از منابع ارتباطي و محاسباتي سيستم، مي توان از استراتژي هاي كنترل نامتناوب استفاده كرد. يكي از روش هاي كنترل نامتناوب استفاده از ايده خودتحريك است كه در آن در هر لحظه ي به روزرساني، كنترل كننده علاوه بر محاسبه سيگنال هاي كنترلي بهينه، لحظه ي به روزرساني بعدي را نيز به طور صريح تعيين مي كند. لذا، در گام دوم از اين رساله طراحي كنترل كننده پيش بين مقاوم خودتحريك براي سيستم هاي خطي پارامترمتغير با استفاده از ايده تيوب بيان شده است. به منظور كاهش محافظه كاري و دستيابي به عملكرد كنترلي رضايت-بخش، مساله بهينه سازي پيش بين به گونه اي بيان شده است كه در هر لحظه ي به روزرساني، تنها با يك مساله بهينه سازي مقيد، توالي كنترلي بهينه و لحظه ي به‌روزرساني بعدي به دست آيند. به عبارت ديگر، در اين رساله مساله طراحي همزمان سيگنال كنترل و تعيين بزرگ ترين بازه زماني به روزرساني مورد توجه قرارگرفته است. در ادامه، تحليل مساله امكان پذيري بازگشتي و اثبات پايداري سيستم حلقه بسته ارائه شده است. نتايج شبيه‌سازي انجام شده برروي چندين مثال عددي و سيستم عملي نشان از عملكرد بسيارخوب روش‌هاي پيشنهادي در مقايسه با ساير روش هاي ارائه شده در مراجع و همچنين روش هاي طراحي زمان تحريك دارد.

1401/07/06

stabilization of linear parameter-varying systems using a robust self-triggered tube-based model predictive control approach

7/6/2023 12:00:00 AM

This dissertation addresses the problem of designing a robust tube-based model predictive control for the linear parameter-varying systems. In this class of systems, the state space matrices are affine functions of the time-varying scheduling parameter that indicates the nonlinearities of the orginal system and its behavior in the future is usually unknown and uncertain. Using the robust predictive control method, the effects of uncertainty in the future evolutions of the scheduling signal, efficiency, stability and robustness in the presence of external disturbances can be involved in the controller design procedure. Therefor, in the first step of this dissertation, the problem of designing a robust tube-based model predictive control is investigated by considering the future behavior of the scheduling signal. In order to increase the domain of attraction of the closed-loop system, the tube cross-sections are parameterized such that the volume and geometric shape of each cross-section are considered as decision variables in the optimization problem. Therefore, the predictive controller has the maximum flexibility and degree of freedom in designing tubes and in determining the optimal control signals; this reduces the conservatism in computing the control inputs. Therefore, at each sampling instant, the tube parameters and the optimal control inputs are obtained online by solving a constrained optimization problem. On the other hand, in many of control applications, the closed-loop system is configurated as Networked Control System (NCS), in which to reduce the utilization of the communication and computational resources, the aperiodic control algorithms can be used. In self-triggered control, at every sampling instant, the controller provides both the next sampling instant, as well as the inputs that are applied to the system until the next sampling instant. Therefore, in the second step of this dissertation, a robust self-triggered control algorithm for constrained linear parameter varying systems is proposed. In order to reduce the number of samplings and control updates without deteriorating the control performance, at very triggering instant, the proposed algorithm determines the next update time and the applied control values simultaneously. In the following, the analysis of recursive feasibility and proving the closed-loop stability are addressed. The simulations are performed on several numerical examples and practical systems. The simulation results show the satisfactory performance of the proposed methods in comparison with other methods presented in the literatures, as well as time-triggered strategies.

كنترل پيش بين مبتني بر تيوب , سيستم خطي پارامترمتغير , كنترل خودتحريك

tube-based model predictive control , linear parameter-varying system , self-triggered control

reza heydari

mohammad farrokhi