28390

طراحي كنترل كننده سطح ديناميكي مبتني بر رويداد براي كلاسي از سيستم هاي غيرخطي داراي نامعيني تحت شبكه

دكتري

مهندسي برق گرايش كنترل

1396

1401/12/10

دكتر علي اكبر جلالي

دكتر يزدان باتماني

مهندسي برق

امروزه با توسعه سيستم‌هاي كنترل تحت شبكه، كنترل مبتني بر رويداد به دليل دارا بودن مزيت استفاده بهينه از منابع شبكه نسبت به كنترل مبتني بر زمان، مورد توجه زيادي واقع شده است. از طرفي كنترل غيرخطي به دليل كاربرد گسترده در زمينه‌هاي مختلف داراي اهميت تحقيقاتي بسيار بالايي است و در ميان روشهاي موجود در اين زمينه، كنترل سطح ديناميكي به دليل سادگي قانون كنترل و كاربرد براي سيستم‌هاي داراي نامعيني ناسازگار از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در اين رساله، به طراحي كنترلگر سطح ديناميكي مبتني بر رويداد براي سيستم‌هاي غيرخطي پسخور-اكيد داراي نامعيني تحت شبكه پرداخته مي‌شود. طراحي موردنظر ابتدا با فرض ايده‌آل بودن شبكه و سپس با فرض وجود تاخير زماني در شبكه صورت مي‌گيرد. در هر يك از طراحي‌هاي مذكور، ابتدا با تعريف سيگنالهاي خطا و توابع لياپانوف متناظر با آنها، ورودي‌هاي كنترل ساختگي و قانون كنترل مبتني بر رويداد به گونه‌اي طراحي مي‌شوند كه مشتق توابع لياپانوف منفي شود. بكارگيري مجموعه‌اي از فيلترهاي ديناميكي در طراحي موجب سادگي محاسبات سيگنال كنترل و عدم وجود مشكل انفجار پيچيدگي در روش ارائه شده مي‌شود. با قرار دادن يك كران بر روي ميزان تغيير ورودي كنترل نسبت به آخرين مقدار منتقل شده آن از طريق شبكه، مكانيزم تحريك مبتني بر رويداد طراحي مي‌گردد، كه موجب كاهش ميزان انتقال اطلاعات از طريق شبكه و جلوگيري از اشغال بيهوده پهناي باند مي‌شود. سپس ديناميك خطاي سيستم حلقه‌بسته به دست مي‌آيد. با استفاده از ويژگي ليپشيتز بودن توابع سيستم، جملات غيرخطي موجود در ديناميك به دست آمده به صورت تركيبي از آشفتگي‌هاي ميرا و غيرميرا بازنويسي مي‌شوند و ديناميك خطا به يك مدل خطي داراي چند آشفتگي تبديل مي‌گردد. در نهايت شرايط كرانداري نهايي خطا در قالب مسائل بهينه‌سازي محدب ارائه مي‌شود. به عنوان يك ويژگي مهم، اثبات مي‌شود كه در روش كنترل ارائه شده پديده زنو رخ نمي‌دهد. روش كنترل موردنظر كه ابتدا براي سيستم‌هاي تك-ورودي تك-خروجي ارائه مي‌شود، به سيستم‌هاي چند-ورودي چند-خروجي نيز تعميم داده مي‌شود. صحت و كارايي نتايج به دست آمده با بكارگيري روش ارائه شده براي كنترل وسايل نقليه زيردريايي، كنترل سطح ديناميكي توزيع شده يك گروه خودرو با ارتباط مبتني بر رويداد بين خودروها و همچنين كنترل سيستم تعليق مغناطيسي آزمايشگاهي نشان داده مي‌شود. در نهايت، پيشنهادهايي براي ادامه پژوهش حاضر در تحقيقات آينده ارائه مي‌گردد.

1402/03/22

Event-triggered dynamic surface controller design for a class of uncertain nonlinear networked systems

2/29/2024 12:00:00 AM

Nowadays, with the development of networked control systems, event-triggered control strategies have received considerable attention due to their advantages over the time-triggered control frame­ work. On the other hand, the problem of controlling uncertain nonlinear systems is a hot topic due to its variety of applications in various areas; and among the existing nonlinear control techniques, the dynamic surface control method has attracted considerable attention due to the advantages of simplicity of the control law and its ability in controlling the nonlinear systems with mismatched uncertainties. This thesis investigates the event-triggered dynamic surface control of strict-feedback uncertain nonlinear networked systems. The controller is designed for both the ideal networks and networks with transmission time delays. In each case, some appropriate error signals and Lyapunov candidate functions are firstly defined, and the virtual control signals and the control input are de­ signed such that the time derivative of the Lyapunov functions becomes negative definite. By including a set of low-pass filters in the design procedure, the proposed method does not involve model differentiation and does not face the mathematical difficulties of the "explosion of terms" problem. By imposing a constraint on the change value of the control input than its latest transmitted value through the network, an event-triggering mechanism is constructed, which reduces the data trans­ mission in the network and saves limited communication bandwidth. Then, the closed-loop error dynamics is derived and rewritten as a linear dynamics with some perturbation terms by using the Lipschitz property of the nonlinear functions. Finally, the ultimate error boundedness and quadratic tracking objectives are addressed in the framework of convex optimization. The absence of the Zeno behaviour, which is an important feature of any event-triggered methodology, is also proved. The proposed method, which is firstly presented for single-input single-output strict-feedback nonlinear systems, is also extended to multi-input multi-output strict-feedback nonlinear systems. The validity of the theoretical results is illustrated by applying the proposed method to a remotely operated underwater vehicle and a vehicle platoon via simulation as well as an experimental implementation on a magnetic levitation system.

كنترل سطح ديناميكي , كنترل مبتني بر رويداد

dynamic surface control , event-triggered control

Zahra Karimi

Dr. Ali Akbar Jalali