کنترل لغزشی فازی تطبیقی
مقدمه
کنترل لغزشی در کنار محاسنی که دارد، دارای معایبی نیز میباشد. معایب کنترل لغزشی به روش های مختلفی میتواند برطرف شود که یکی از بهترین آنها، استفاده از سامانه های فازی برای جبران عدم قطعیت های مدل و همچنین پارامترهای دارای تغییرات شدید میباشد که این جبرانسازی توسط سامانه فازی باعث برطرف شدن معایب کنترل لغزشی میگردد.

( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

در ادامه این فصل، دو روش کاملا مجزا برای استفاده از س سامانه های فازی در بهبود سازی عملکرد کنترل لغزشی معرفی خواهد شد. همانگونه که ذکر شد، یکی از مشکلات کنترل لغزشی، وجود ترم های نامعلوم در سامانه میباشد، این ترمهای نامعلوم توسط سامانه های فازی قابل تخمین زدن و جایگزینی هستند که در قسمت بعدی بطور کامل معرفی میشوند. یکی دیگر از مشکلات کنترل لغزشی، ایجاد وزوز بر روی سطح لغزش میباشد، این مشکل نیز میتواند با بهره گرفتن از سامانه های فازی وتخمین قسمتی از کنترلگر، برطرف گردد. عملکرد این نوع سامانه فازی نیز در ادامه فصل بطور کامل توضیح داده خواهد شد.
مثالهایی از کاربرد کنترل لغزشی فازی تطبیقی :

1. 1. در سال ۲۰۰۰ استفاده از کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای کنترل نوعی ربات معرفی گردید ]^[۶۹][. در این روش، سامانه فازی تطبیقی عمل تخمین اغتشاش را انجام میدهد و ترمهای متغیر با زمان را شناسایی میکند. این روش باعث کاهش پیچیدگی عمل کنترل میشود.

1. 1. در سال ۲۰۰۲ کاربردی برای کنترل لغزشی فازی تطبیقی بر پایه الگوریتم ژنتیک برای سازه های ساختمانی در زمان زلزله پیشنهاد شد ]^[۷۰][. در این طراحی با بهره گرفتن از توابع عضویت دقیق و محرکهای مورد نیاز و طراحی یک کنترلگر مناسب، میتوان یک سازه را در زمان زلزله بطور ایمنی کنترل کرد و از آسیب رسیدن به آن جلوگیری کرد.

1. 1. در سال ۲۰۰۸ استفاده از کنترل دینامیکی لغزشی فازی تطبیقی وکنترل سینماتیک براساس برنامه ریزی تکاملی برای رباتهای محرک چرخدار معرفی شد ]^[۷۱][. در این پژوهش از کنترل سینماتیک بر پایه برنامه ریزی تکاملی برای معین کردن تمام بهره های کنترل بهینه استفاده شده است و کنترل کنترل لغزشی فازی تطبیقی به مسائل عدم قطعیتها و اغتشاشات خارجی رسیدگی میکند. نتایج این تحقیق نشان داده است که کنترل لغزشی فازی تطبیقی در مقایسه با کنترلر های دیگر دارای عملکرد بهتری در مقابل عدم قطیتها و اغتشاشات خارجی دارد.

1. 1. در سال ۲۰۰۸ کنترل سرعت جابجایی در سامانه سروو هیدرولیکی با بهره گرفتن از کنترل لغزشی فازی تطبیقی معرفی گردید ]^[۷۲][. از آنجایی که سامانه فوق بدلیل غیر خطی بودن و متغیر با زمان بودن دارای مشخصات خاصی میباشد و از آنجایی که در این سامانه، تحقق کنترل کننده مشکل میباشد، لذا از کنترل لغزشی فازی تطبیقی استفاده شده است و از نتایج این تحقیق مشاهده گردیده که پایداری سامانه فوق تضمین گردیده است و مقاومت بسیار بالا و قابلیت خود تطبیقی در مقابل اغتشاشات خارجی را دارد و همچنین در آزمایشات متفاوت، دارای عملکرد دینامیکی دقیقی میباشد.

1. 1. در سال ۲۰۰۸ کاربرد کنترل لغزشی فازی تطبیقی و پی آی دی در کنترل دمای سامانه تولید بخارمعرفی شد]^[۷۳][. در این پژوهش از ترکیب کنترل لغزشی فازی تطبیقی و کنترل انتگرالی تناسبی استفاده شده است و مشاهده گردیده که کنترل فوق وابستگی زیادی به مدل ریاضی سامانه ندارد و از منطق فازی برای عمل ردیابی و از کنترل لغزشی برای افزایش مقاومت کنترل کننده استفاده میشود. همچنین قانون تطبیق باعث میشود که خطای ردیابی سریعتر به سمت صفر همگرا شود. در نهایت از نتایج، مشاهده میشود که کنترلگر فوق دارای عملکرد گذرا و ماندگار مناسب و مقاومت بسیار خوبی در مقایسه با کنترل پی آی دی میباشد.

1. 1. در سال ۲۰۰۹ استفاده از کنترل لغزشی فازی خود سازمانده تطبیقی برای توانبخشی یک بازوی نیوماتیکی ربات پیشنهاد شد]^[۷۴][. از این روش برای قسمت های آسیب پذیر در تغییرات جابجایی سریع و یا کنترل نیرو استفاده میشود. از نتایج این تحقیق مشاهده میشود که مقاومت و کارایی الگوریتم کنترل فوق در عمل ردیابی بسیار مطلوب میباشدو البته پایداری آن بوسیله تئوری پایداری لیاپانوف برسی و صحت آن تایید گردیده است.

1. 1. در سال ۲۰۰۹ کاربردی از کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای سامانه های چند ورودی-چند خروجی معرفی شد]^[۷۵][. در این مورد نیز مشاهده میگردد که از خواص تقریب زنی کنترل فازی به همراه مقاومت و پایداری کنترل لغزشی استفاده شده است و به کمک قانون تطبیق، پارامترها نیز بطور آنلاین تنظیم میشوند. نتایج نشان میدهد که عملکرد ردیابی بسیار مناسب میباشد و همچنین مقاومت کنترلگر با وجود اغتشاش خارجی و عدم قطعیت های موجود، خوب است.

1. 1. در سال ۲۰۰۹ استفاده از یک کنترلر لغزشی فازی تطبیقی مقاوم برای کنترل ۳ بازوی مکانیکی موازی سه آر تی^[۷۶] استفاده شد]^[۷۷][. در این روش با توجه به مشخصات دینامیکی سه بازوهای موازی، کنترلگر فوق طراحی گردیده است و نتایج آن نشان میدهد که اگر چه عمل ردیابی در حالی که سامانه فوق با کنترل پی دی^[۷۸] و زمانی که با کنترل لغزشی فازی تطبیقی مقایسه میشود، در هر دو مورد، دقت مناسب است اما عمل حذف اغتشاش در حالت استفاده از کنترل لغزشی فازی تطبیقی بهتر از پی دی میباشد، اما زمانی که پارامترهای کنترلگر ثابت باشد، کنترلگر پی دی عمل ردیابی را بهتر انجام میدهد.

1. 1. در سال ۲۰۰۹ کنترل آشوب با بهره گرفتن از کنترل لغزشی فازی تطبیقی بر روی سامانه پاندول معکوس معرفی گردید]^[۷۹][. در این پژوهش مشخصات همگرایی خطای ردیابی با بهره گرفتن از لم باربالت و تئوری لیاپانوف اثبات گردیده است. در این روش مشاهده میشود که تلاش کمتری برای پایدار سازی در یک مسیر پریودیک ناپایدار در مقایسه با یک مسیر مستقیم نیاز است.

1. 1. در سال ۲۰۰۹ از کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای سامانه های زیر سطحی آبی استفاده شد]^[۸۰][. هدف در این پژوهش کم کردن درجه مدل دینامیکی جسم زیر آب و توسعه دادن سامانه کنترل در روش نامتمرکز و چشم پوشی از ترمهای کوپلینگ متقاطع میباشد. کران ها و مشخصات همگرایی در سامانه حلقه بسته با بهره گرفتن از تئوری پایداری لیاپانوف و لم باربالت اثبات گردیده است. مشاهده میشود که استفاده از الگوریتم فازی تطبیقی درون کرانهای معین شده باعث بهبودی رابطه بین عملکرد ردیابی و پدیده وزوز صورت میگیرد.

1. 1. در سال ۲۰۰۹ طراحی کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای سامانه لرنز انجام شد]^[۸۱][. در این پژوهش از کنترلگر فوق برای پایدار سازی سامانه لرنز استفاده شده است. از قانون تطبیق برای معین کردن گین کنترل لغزشی استفاده میشود. بر اساس تئوری پایداری لیاپانوف، کنترلگر طراحی شده میتواند سامانه لرنز را به سمت حالت صفر هدایت نماید. همینطور نتایج ، نشان دهنده اثرات مثبت این کنترلگر میباشند.

1. 1. در سال ۲۰۰۹ سنکرون کردن جایروهای آشفته غیر خطی نامعلوم با بهره گرفتن از کنترل لغزشی فازی تطبیقی معرفی شد]^[۸۲][. در این پژوهش از کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای سامانه فوق در زمانی که ورودی آن بصورت ناحیه مرده باشد، استفاده شده است. این روش در مقایسه باروشهای قبلی این است که درآن نیاز به داشتن اطلاعات از ساختار جایروها و پارامترهای ناحیه مرده و نواحی دارای عدم قطعیت و اغتشاشات خارجی نیست. نتایج این تحقیق نشان داده است که روش فوق میتواند با دقت اثرات آشوب را خنثی کند.

1. 1. در سال ۲۰۰۹ استفاده از کنترل لغزشی فازی تطبیقی بهبود یافته بر پایه الگوریتم ژنتیک برای سامانه های غیر خطی پیشنهاد شد]^[۸۳][. نتایج این پژوهش نشان داده است که این روش در مقایسه با حالات بهبود نیافته دارای سرعت بالاتر و تاثیرگزاری بیشتربر روی سامانه های غیر خطی میباشد.

1. 1. در سال ۲۰۰۹ کاربرد کنترل لغزشی فازی تطبیقی در حالت مانور چرخشی برای یک فضاپیمای انعطافپذیر برسی گردید]^[۸۴][. در این پژوهش در مورد یکی از مشکلات کنترل لغزشی فازی تطبیقی در زمانی که فضاپیما در حالت مانور گردش با زاویه بزرگ میباشد، برسی شده است. از نتایج این پژوهش، مشاهده میشود که القاء تاخیر، اثرات جبرانسازی دارد و استراتژی معرفی شده در اینجا باعث کم شدن ارتعاششات کششی میشود. گام بعدی را میتوان استفاده از قانون کنترل گسسته زمان در نظر گرفت.

1. 1. در سال ۲۰۱۰ استفاده از کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای محرکهای الکتریکی دارای قدرت زیاد معرفی شد]^[۸۵][. در این تحقیق، از روش فوق برای محرکهای الکتریکی که دارای اغتشاش خارجی و عدم قطعیتهای متغیر بازمان استفاده شده است. نتایج نشان میدهد که در اطراف سطح لغزش توانایی خوبی برای حذف اغتشاش و حذف وزوز دارد، اما عمل ردیابی را نمیتواند بخوبی انجام دهد.

1. 1. در سال ۲۰۱۰ کاربرد کنترل لغزشی فازی عصبی ویولت تطبیقی برای کنترل یک موتور dc بدون جاروبک برسی گردید]^[۸۶][. در کنترل فوق از ترکیب کنترل عصبی و جبرانساز سوئیچی استفاده شده است کنترل عصبی از شبکه عصبی ویولت فازی به عنوان کنترلر اصلی و جبرانساز سوئیچی برای حذف کردن خطای تخمین زده شده در کنترل عصبی میباشد. پایداری کنترلگر با بهره گرفتن از تابع لیاپانوف و با تنظیم پارامترهای کنترلگر اثبات شده است.

1. 1. در سال ۲۰۱۰ طرح جدید از کنترل چند ورودی-چند خروجی کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای بازوهای ربات معرفی گردید]^[۸۷][. الگوریتم کنترل فوق بر اساس تئوری پایداری لیاپانوف طراحی گردیده است و قابلیت اعمال به n بازوی ربات با دینامیکهای نامعلوم و عدم قطعیت را دارد. درکل، کنترلگر فوق دارای چهار ویژگی است: ۱- خطای ردیابی در نهایت به صفر همگرا میشود. ۲- توانایی مهار وزوز و کم کردن تعداد روش های فازی را دارد. ۳- قانون تطبیق نیازی به داشتن پارامترهای دینامیک ندارد. ۴- در نهایت کنترلگر فوق قابلیت اعمال به n بازوی ربات دارای دینامیکهای نا مشخص و دارای عدم قطعیت ساختار و اغتشاش خارجی را دارد.

1. 1. در سال۲۰۱۰ کاربرد کنترل لغزشی فازی تطبیقی در سامانه سروو موتور دارای آهنربای دائم معرفی شده است]^[۸۸][. از این کنترلگر برای کنترل موقعیت یک سروو که دارای مدلی غیر خطی و عدم قطعیت هست استفاده شده است. اعتبار سنجی و امکان سنجی این روش توسط شبیه سازی اثبات شده است. مقایسه کنترلگر فوق با کنترلگر پی آی نشان میدهد که کنترلگر لغزشی فازی تطبیقی در مقابل اغتشاشات بار، پایدار پذیرتر است.

1. 1. یکی دیگر از موارد کاربرد کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای اجتناب از وضعیتی است که در آن نیازهای ارتباطی شبکه های کامپیوتری بیشتر از توانایی آنها میباشد]^[۸۹][.

بیان مسئله:
مدل سامانه تحت کنترل را به شکل زیر در نظر بگیریم[^[۹۰]]:
یا بصورت فضای حالت
و
(‏۲‑۱)
ثابتهایی مثبت ومعین میباشند.
یکی از اهداف کنترل این است که خروجی سامانه، مقدار دلخواه مرجع را دنبال کند، یعنی هر موقعیتی را که به عنوان موقعیت دلخواه به ورودی فرایند داده میشود، خروجی به همان موقعیت هدایت شود بهعبارتی موقعیت دلخواه را ردیابی کند. از انجا که خروجی (y) به حالتها(x) وابسته است، برای رسیدن به هدف فوق، حالتهای سامانه () به سمت حالتهای دلخواه سامانه () همگرا شوند[].
(‏۲‑۲)
خطای ردیابی به شکل زیر حاصل میشود:
(‏۲‑۳)
سعی میشود کنترل لغزشی به گونه ایی طراحی شود که برای تمامی های ممکن، عمل ردیابی بخوبی انجام شود، بطوری که:
(‏۲‑۴)
کنترل لغزشی برای سامانه هایی که دارای مدل دینامیکی مرتبه بالا میباشند و دارای شرایط نامعلوم هستند، یک روش کنترل کارآمد میباشد، بطوری که با بهره گرفتن از روش کاهش مرتبه مدل، با حفظ مشخصات سامانه، حساسیت آنرا نسبت به اغتشاشات و تغییر پارامترها کم میکند. در کنترل لغزشی سعی بر این است که حالتهای سامانه تحت کنترل رابر روی یک سطح، که به آن سطح لغزشی میگویند مستقر کرده وسپس با قوانین انتقال آنها را روی سطح مورد نظر محدود کرد.
همانطور که ذکر شد به منظور رسیدن به هدف فوق، سطح متغیر با زمان زیر معرفی میشود:
(‏۲‑۵)
λ ثابت ومثبت میباشد.
اگر n=1 را در معادله فوق قرار دهیم، معادله دیفرانسیل مرتبه اول حاصل میشود:
(‏۲‑۶)
بنابراین مسئله کنترل ردیابی، معادل با قراردادن تابع s در صفر خواهد بود. برای رسیدن به این هدف میتوان کنترل u را چنان انتخاب کرد که رابطه زیر برقرار گردد
(‏۲‑۷)
استفاده از سامانه فازی برای تخمین قسمتهای نامعلوم سامانه
هدف کنترل در این قسمت، عبارت است از طراحی یک کنترل کننده بازخورد بر پایه سیستمهای فازی و یک قانون تطبیق به منظور تنظیم بردار پارامتر θ، بطوری که خروجی سیستم یعنی y، خروجی ایده آل یعنی ym را دنبال نمایدو اینکه مشتقات زمانی آنمعلوم و کراندار باشد. اما از آنجا که توابع در سیستم غیر خطی و نا معلوم فرض میشود، با یک مسئله کنترل غیر خطی تک ورودی- تک خروجی کاملا عمومی سر و کار داریم.
همانطور که ذکر شد یکی از مشکلات کنترل لغزشی، وجود ترمهای نامعلوم در مدل سامانه میباشد. در این قسمت با بهره گرفتن از سامانه های فازی سعی میشود این ترم های نامعلوم تخمین زده شوند]^[۹۱].[
از آنجایی که نامعلوم هستند، دو مدل فازی و را برای تخمین آنها میتوان طراحی کرد.