شماره ركورد
30569
پديد آورنده
سينا نادريان
عنوان
كنترل مد لغزشي-تطبيقيِ داده محور براي سيستم هاي غيرخطي چندورودي- چندخروجي با اغتشاش در خروجي
مقطع تحصيلي
كارشناسي
رشته تحصيلي
برق كنترل
سال تحصيل
1398
تاريخ دفاع
1402/10/16
استاد راهنما
دكتر محمد فرخي
دانشكده
برق
چكيده
در اين رساله، دستهاي از كنترل كننده هاي داده محور، با نام مد لغزشي-تطبيقيِ داده محور، براي كلاسي از سيستمهاي غيرخطي چندورودي-چندخروجي و ناآفين مورد توجه قرارگرفته است. اين دسته از كنترلكنندهها بر پايه اندازهگيري داده هاي ورودي-خروجي عمل مي كنند و وابسته به مدل رياضي سيستم نيستند. اين دسته از كنترل كننده ها زيرمجموعه كنترل داده محور غيرمستقيم و بدون مدل هستند كه بر پايه مدل خطي سازي ديناميكي طراحي مي شوند. در اين رساله، ابتدا كنترل كننده مد لغزشي تطبيقيِ داده محور با بهره كليدزني تطبيقي و مشاهده گر درايه هاي ماتريس شبه ژاكوبي طراحي شد. براي ارزيابي عملكرد، اين كنترل كننده به سيستم سه تانك و بازوي رباتيك دو درجه آزادي اعمال شد. باتوجه به نتايج كسب شده، مزاياي اصلي اين كنترل كننده، سهولت در تنظيم ضرايب و عملكرد مناسب براي سيستم هاي با ديناميك كند است. همچنين، كنترل كننده ارائه شده در دفع اغتشاش و كاهش چترينگ نيز توانمند است. هرچند كنترلكننده براي سيستم هاي با ديناميك سريع مانند بازوي رباتيك دو درجه آزادي كاربردي نيست. لذا، كنترل كننده ارائه شده با روش هاي بهينه و مقيد تركيب شد. كنترل كننده ارائه شده با درنظر گرفتن پديده اشباع در ورودي و محاسبه سيگنال كنترل بهينه توانست سرعت همگرايي را افزايش دهد و براي كنترل سيستم هاي با ديناميك سريع كارا باشد. كنترل كننده ارائه شده در اين بخش، به سيستم بازوي رباتيك دو درجه آزادي اعمال شد. نتايج نشان دادند كه كنترل كننده ارائه شده توانايي دفع اغتشاش خوب و دقت رديابي بالايي دارد. از طرف ديگر، حجم محاسبات بالا و تنظيم دشوار ضرايب از جمله مشكلات اصلي آن است كه كاربر را مجبور به استفاده از سخت افزارقدرتمند مي كند. لذا در بخش پاياني اين رساله، كنترل كننده مد لغزشيِ تطبيقيِ داده محور با مشاهدهگر اغتشاش مبتني بر شبكه عصبي طراحي شد. مزاياي اصلي اين كنترلكننده استفاده از مشاهده گر اغتشاش براي جبران داده هاي از دسترفته و افزايش سرعت همگرايي با استفاده از سطح لغزش پاياندار است. همچنين، با استفاده از مشاهده گر اغتشاش طراحي شده، هيچ دانش قبلي در مورد كران بالاي اغتشاشات مورد نياز نبود. كنترل كننده ارائه شده توانست زمان نمونه برداري را بهطور چشمگيري افزايش دهد و درنتيجه نياز به سخت افزار ساده تري براي پياده سازي دارد. هرچند تنظيم ضرايب آن دشوار است. اين كنترل كننده بر روي برد كنترلي پياده سازي و به سيستم بازوي رباتيك دو درجه آزادي آزمايشگاهي اعمال شد. نتايج آزمايشگاهي و شبيه سازي هاي اين رساله، نشان دادند كه كنترل كننده ارائه شده در حضور اغتشاش خارجي جمع شونده و نويز اندازه گيري عملكرد مطلوبي در مقايسه با ساير روش هاي دادهمحور دارد. به طور خلاصه، به كمك كنترل كننده ارائه شده در اين رساله، پديده چترينگ به طور قابل توجهي كاهش يافت، اثبات هاي پايداري با سهولت بيشتري انجام شد و محافظه كاري ها كمتر شد. به علاوه دفع اغتشاش به خوبي صورت گرفت، توانايي رديابي مسيرهاي مرجع بهبود يافت و زمان نمونه برداري به طور قابل توجهي افزايش يافت.
كليدواژه ها: سيستم غيرخطي چندورودي-چندخروجي، كنترل كننده مد لغزشي داده محور، مد لغزشي بهينه، مدلغزشي پاياندار، مشاهده گر مد لغزشي-تطبيقي، مشاهده گر اغتشاش.
تاريخ ورود اطلاعات
1402/12/13
عنوان به انگليسي
Data-driven adaptive sliding mode control for nonlinear MIMO systems with external disturbance
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سينا نادريان
چكيده به لاتين
Abstract
In this thesis, the categories of data-driven controllers, entitled Data-Driven Adaptive Sliding Mode Control (DDASMC), are considered for a class of nonlinear and nonaffine Multi-Input Multi-Output (MIMO) systems. The data-driven controllers operate based on input-output measured data. Hence, they do not depend on the mathematical model of the system. This type of controller is classified as a subset of indirect data-driven and model-free controllers that are designed based on the dynamic linearization method. In this thesis, first, the DDASMC with adaptive switching gain and PJM observer was designed. To evaluate the performance of the controller, the proposed method is applied to three-tank and 2-DOF robot manipulator systems. According to the results, the main advantages of the proposed controller are the ease of adjusting the coefficients and suitable performance for the systems with slow dynamics. Moreover, the proposed controller is able to reject disturbance and reduce chattering phenomenon. However, the proposed controller does not apply to systems with fast dynamics such as 2-DOF robotic manipulators. Therefore, the proposed controller was combined with optimal and constrained methods. By considering the saturation phenomenon in the input and obtaining the optimal control input, the proposed controller can increase the speed of convergence and be applied to systems with fast dynamics. The controller proposed in this part was applied to a 2-DOF robotic manipulator. Results show that the proposed controller has a good disturbance rejection ability and high tracking accuracy. On the other hand, a large amount of calculations and the difficult setting of the coefficients are among its main problems that force the user to utilize the powerful hardware. Hence, at the end of this thesis, the DDASMC with Neural Network Disturbance Observer (NNDOB) is proposed. The main advantages of the proposed controller are the use of an NNDOB to compensate for missing data and increase the speed of convergence by using a terminal sliding surface. Furthermore, by using the designed DOB, no prior knowledge about the upper bound of disturbances is needed. The presented controller significantly increases the sampling time and as a result, requires simpler hardware for implementation. However, it is difficult to adjust the controller parameters. This controller is implemented on a control board and is applied to the 2-DOF laboratory manipulator. The experimental and simulation results of this thesis demonstrate that the proposed controller compared to the other data-driven methods has appropriate performance in the presence of external disturbances and measurement noise. To recapitulate, with the help of the presented controller in this thesis, the chattering phenomenon was significantly reduced, stability proofs were done more easily and the conservatisms were decreased. In addition, disturbance rejection was performed well, tracking ability was enhanced, and the sampling time was significantly increased.
Keywords: Nonlinear MIMO systems, Data-Driven Sliding Mode controller, Optimal Sliding Mode, Terminal Sliding Mode, Adaptive Sliding Mode Observer, Disturbance Observer.
كليدواژه هاي فارسي
سيستم غيرخطي چندورودي-چندخروجي، كنترل كننده مد لغزشي داده محور، مد لغزشي بهينه , مدلغزشي پاياندار، مشاهده گر مد لغزشي-تطبيقي، مشاهده گر اغتشاش
كليدواژه هاي لاتين
Keywords: Nonlinear MIMO systems, Data-Driven Sliding Mode controller, Optimal Sliding Mode, . , Terminal Sliding Mode, Adaptive Sliding Mode Observer, Disturbance Observer
Author
sina naderian
SuperVisor
Mohammad Farrokhi