فهرست مطالب

مجله کنترل
سال دوازدهم شماره 4 (زمستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/12/10
  • تعداد عناوین: 6
|
  • آذر سادات شعبانی، علیرضا فاتحی*، فهیمه سلطانیان، رضا جمیل نیا صفحات 1-14
    در این مقاله طراحی کنترل کننده پیش بین زمان پیوسته و حل معادلات دیفرانسیل-جبری حاصل از آن با استفاده از روش نیمه تحلیلی اختلال هوموتوپی ارائه شده است. در هر لحظه بروزرسانی الگوریتم کنترل پیش بین زمان پیوسته، می بایست یک مساله کنترل بهینه حلقه باز حل شود. به منظور حل مساله کنترل پیش-بین به صورت زمان پیوسته، مساله کنترل بهینه مذکور بایستی به روش غیرمستقیم حل شود. به این ترتیب که با بکارگیری حساب تغییرات و اصل حداقل یابی پونتریاگین، شرایط لازم و کافی بهینگی مستخرج می شود. در این مقاله نشان داده می شود که مساله طراحی کنترل کننده پیش بین زمان پیوسته با حل یک دستگاه معادلات دیفرانسیل-جبری با شرایط مرزی معادل است. برای حل این دستگاه، روش نیمه تحلیلی اختلال هموتوپی پیشنهاد می شود که نتیجه آن، بدست آمدن تابع کنترل و تابع حالت بهینه است. با داشتن این توابع می توان به آسانی از وضعیت حالت و کنترل در تمامی زمان ها مطلع شد. روش ارائه  شده می تواند برای طراحی کنترل کننده پیش بین زمان پیوسته سیستم های خطی، غیرخطی و همچنین سیستم های متغیربازمان بکار رود. به منظور نشان دادن قابلیت و کارایی روش پیشنهادی، چند مثال عددی همراه با شبیه سازی ارائه شده است.
    کلیدواژگان: کنترل پیش بین زمان-پیوسته، کنترل بهینه، اصل حداقل یابی پونتریاگین، معادلات دیفرانسیل-جبری، روش اختلال هموتوپی
  • سید نصرالله حسینی، محمد حائری*، حمید خالوزاده صفحات 15-22
    در این مقاله به مسئله ردیابی و دسته‏بندی یک هدف مانوردار به صورت هم‏زمان پرداخته شده است. مسئله تعیین کلاس سیستم می‏تواند در بسیاری از کاربردها باعث بهبود عملکرد الگوریتم ردیابی شود. سیستم‏های مراقبت نظیر کنترل ترافیک هوایی، مراقبت دریایی و پدافند هوایی مثال بارز از این سیستم‏ها می‏باشند که بسیار ضروری است کلاس هدف در هر زمان مشخص باشد. بر خلاف الگوریتم‏های مرسوم ارائه شده تاکنون که برای هرکلاس یک فیلتر مجزا در نظر می‏گیرند، دراین مقاله با استفاده ازیک فیلتر ذره ای الگوریتمی ارائه می شود که به صورت هم‏زمان قابلیت ردیابی هدف مانوردار و کلاس هدف را دارد. این روش منجر به عملکرد صحیح ردیابی در اهدف مانوری و کاهش چشمگیری در حجم محاسبات شده است. نتایج شبیه‏سازی نشان می‏دهد که الگوریتم پیشنهادی به خوبی ردیابی وتخمین کلاس هدف را انجام می دهد.
    کلیدواژگان: ردیابی هدف مانوردار، فیلتر ذره ای، مدل های چندگانه متعامل، دسته بندی، روش چند مدی فیلترذره ای، تخمین حالت
  • سید حامد هاشمی، علیرضا الفی* صفحات 23-33
    هدف از رهگیری با اندازه گیری سمت و فرکانس به عنوان یک مساله رهگیری غیرفعال تخمین سرعت و مکان هدف با استفاده از سیگنال ناشی شده از خود هدف می باشد. مشکل اصلی این نوع رهگیری وجود معادلات اندازه گیری غیرخطی است که برای حل آن، روش های متفاوتی از جمله استفاده از فیلترکالمن توسعه یافته پیشنهاد شده است که این فیلتر دارای مشکلاتی از قبیل بایاس در تخمین پارامترها و وابستگی به شرایط اولیه است. در این مقاله ابتدا روش جدیدی به منظور فراهم آوردن شرایط اولیه مناسب برای فیلتر ارائه می شود. سپس، برای کاهش بایاس با الهام گرفتن از فیلترکالمن توسعه یافته اصلاح شده، فیلتر کالمن توسعه یافته تطبیقی اصلاح شده پیشنهاد می شود که در آن ماتریس های کوواریانس نویز اندازه گیری و نویز سیستم به صورت برخط و همزمان به روز می شوند. در نهایت، عملکرد فیلتر پیشنهادی با فیلتر کالمن توسعه یافته استاندارد، فیلتر کالمن توسعه یافته تطبیقی و فیلتر کالمن بی ریشه مقایسه می شود. نتایج نشان دهنده عملکرد مناسب فیلتر پیشنهادی در مساله تحت مطالعه است.
    کلیدواژگان: رهگیری، اثر داپلر، فیلترکالمن توسعه یافته، تخمین
  • محمدتقی ثابت*، حمیدرضا محمدی دانیالی، علیرضا فتحی، ابراهیم علیزاده صفحات 35-46
    در این مقاله با استفاده از یک مدل سازی جدید، الگوریتم کالمن توسعه یافته ای برای تخمین تراز (زاویه غلت و فراز) و بایاس حسگرهای ژیروسکوپ به کمک حسگرهای اینرسی شامل یک شتاب سنج سه محوره و یک ژیروسکوپ سه محوره ارائه شده است. این الگوریتم برای تخمین دقیق تراز در شرایط دینامیکی و حضور اغتشاشات خارجی توسعه داده شده است. با توجه به این که مساله تخمین شتاب بدنی خارجی به عنوان اصلی ترین منبع خطای تخمین تراز در شرایط دینامیکی اهمیت زیادی در دقت تخمین تراز دارد، اما در مراجع موجود میزان خطای ناشی از آن بر روی تخمین تراز در شرایط دینامیکی مختلف بررسی نشده است. این مقاله به مساله تخمین بایاس حسگرهای ژیروسکوپ در دو راستای چرخش غلت و فراز، تخمین تراز دقیق در شرایط دینامیکی مختلف و تخمین شتاب بدنی خارجی می پردازد. عملکرد الگوریتم پیشنهادی برای تخمین تراز، شتاب بدنی خارجی و بایاس حسگرهای ژیروسکوپ با استفاده از آزمون تجربی شبه-استاتیکی و دینامیکی در محدود شتاب مختلف ارزیابی می شود.
    کلیدواژگان: فیلتر کالمن توسعه یافته، تخمین تراز، تخمین بایاس ژیروسکوپ، تخمین شتاب بدنی خارجی، حسگر اینرسی
  • فائزه باقری، طاهره بینازاده* صفحات 47-54
    این مقاله سیستم های خطی گسسته- زمان مثبت و دارای عدم قطعیت در مدل سیستم را مورد مطالعه قرار می دهد. برخی پارامتر های ماتریس سیستم در اینجا ناشناخته است و تنها اطلاعاتی از باند ئهای پایین و بالای آن ها در اختیار می باشد. هدف از این مقاله، طراحی قانون کنترلی فیدبک خروجی در حضور عدم قطعیت های پارامتری سیستم است. قانون کنترلی به نحوی طراحی می گردد که علاوه بر تضمین پایداری مجانبی سیستم حلقه بسته، مثبت بودن سیستم حلقه بسته نیز تضمین گردد و این پیچیدگی هایی را به روند حل مسئله اضافه می کند. حالت دیگر بررسی شده در این مقاله، طراحی قانون کنترلی فیدبک خروجی است به نحوی که علاوه بر پایداری مجانبی و مثبت بودن سیستم حلقه بسته، قید مثبت بودن سیگنال کنترلی نیز برآورده گردد. تحقق این قید در برخی از سیستم های مثبت لازم و ضروری است. در این مقاله دو قضیه ارائه و اثبات شده است. همچنین شروط بیان شده در این قضایا به برنامه های خطی تبدیل گردیده است. در نهایت شبیه سازی کامپیوتری برای یک مثال عددی ارائه شده تا موید دست آوردهای تئوری مقاله باشد.
    کلیدواژگان: سیستم های گسسته- زمان مثبت، نایقینی مدل، فیدبک خروجی، برنامه های خطی
  • فاطمه اسدی، مهدی مدبری فر*، بهمن میرزاخانی، عباس پاک صفحات 55-62
    کد کننده های پالسی (انکودرها) ازجمله مهم ترین ابزارهای اندازه گیری دقیق در صنعت هستند و در اندازه گیری دقیق موقعیت در کنترل دستگاه های صنعتی استفاده می شوند. انکودرها همچنین در ابزارهای دقیق دیگری که جابه جایی را اندازه گیری نمی کنند با تبدیل کمیت مورداندازه گیری به جابه جایی آن را قابل اندازه گیری می کنند. مهم ترین ویژگی انکودر تبدیل جابه جایی به پالس های قابل شمارش توسط انواع سیستم های دیجیتال است و در حلقه های کنترلی یکی از مهم ترین عناصر تولید بازخورد است. انکودرهای خازنی با ساختار ساده، قیمت پایین و نویز پذیری کمی که دارند نسبت به انکودرهای دیگر مزیت نسبی دارند. انکودر خازنی خطی با القای الکترواستاتیک و لغزند نامقید یکی از جدیدترین انکودرهای خازنی است که در سالهای اخیر معرفی شده است. در این مقاله انکودر خازنی دورانی القایی جدیدی با استفاده از ساختار نوع خطی آن معرفی می شود. عناصر اصلی این انکودر جدید از فیبرهای مدار چاپی تشکیل شده است، بنابراین می توان این انکودر را در فضاهای محدود نصب کرد. این انکودر شامل یک گیرنده (استاتور) و یک واسطه (روتور) است که به ترتیب دارای الکترودهای چهار فاز و دو فاز هستند. یک نمونه از این انکودر ساخته شده و عملکرد آن ارزیابی شد. نتایج آزمایش ها نشان دادند که انکودر ساخته شده دارای بیشینه خطایی برابر با 09/0±0 درجه است.
    کلیدواژگان: انکودر خازنی، انکودر افزایشی، انکودر دورانی
|
  • Azar Shabani, Alireza Fatehi*, Fahimeh Soltanian, Reza Jamilnia Pages 1-14
    In this paper, design of continuous time predictive controller and solving the resulting differential-algebraic equations are presented using the semi-analytical homotopy perturbation method. At any updating time of the continuous time predictive control algorithm, an optimal open loop control problem must be solved. In order to solve the predictive control problem in continuous time, the problem of optimal control is solved by an indirect method. For this purpose, the necessary and sufficient conditions for optimality are determined by applying the variational calculus and the Pontryagin's minimum principle. A system of differential-algebraic equations with boundary conditions is created. Homotopy perturbation method is proposed to semi-analytically solve this problem. By specifying the control and the state functions, we can obtain easily the control and the state values in every instance of the prediction horizon. The presented method can be used to design of continuous-time predictive controller of linear, nonlinear and time varying systems. To illustrate the reliability and efficiency of the proposed method, some numerical examples with simulation results are presented.
    Keywords: Continuous-Time Model Predictive Control, Optimal Control, Pontryagin's Minimum Principle, differential-algebraic equations, Homotopy Perturbation Method
  • S. Nasorallah Hosseini, Mohammad Haeri*, Hamid Khaloozadeh Pages 15-22
    In this paper, the problem of joint tracking and system calcification for a maneuvering target has been investigated. The system classification could improve performance of a tracking algorithm in a majority of applications. For instance, it is very crucial to determine the class of target in caring systems like air traffic control, marine care, and air defense at any time. In contrast to the existing solutions, which consider a separate filter for each class, we propose a single particle filter to estimate the class of target leading to a considerable reduction in computation complexity. Simulation results show that the proposed algorithm can estimate the class of target efficiently
    Keywords: Maneuvering target tracking, particle filter, interacting multiple-model, classification, multi-mode particle filter method, sate estimation
  • Seyyed Hamed Hashemi, Alireza Alfi* Pages 23-33
    The goal of the Doppler and Bearing Tracking (DBT) as a kind of passive target tracking problem is to estimate the position and velocity of the target using its transmitted signal. The main problem of this kind of target tracking is nonlinearity of the measurement equations. In order to solve this problem, different approaches have been reported in the literature, such as extended Kalman filter. However, bias and dependence on the initial conditions are the key shortcomings of such filters. In this paper, first, a novel technique is proposed to provide an appropriate initial condition for the filter. Then, inspired by the modified covariance extended Kalman filter, a new adaptive extended Kalman filter is introduced. Here, the measurement and the process noise covariances are updated simultaneously for reducing the bias effects. Finally, the performance of the proposed filter is compared with the standard extended Kalman filter, adaptive extended Kalman filter and unscented Kalman filter. Results show the good performance of the proposed filter in the problem under study
    Keywords: Target tracking, Doppler shift, Extended Kalman filter, Estimation
  • Mohammadtaghi Sabet*, Hamidreza Mohammadi Daniali, Alireza Fathi, Ebrahim Alizadeh Pages 35-46
    In this paper, using a new modeling, an Extended Kalman Filter (EKF) is presented for estimation of attitude (i.e. roll and pitch angles) and gyroscope sensor bias using a tri-axes acceleration and a tri-axes gyroscope. The algorithm is developed for accurate estimation of attitude in dynamic conditions and existence of external body acceleration. The external body acceleration estimation as the main source of attitude estimation error in dynamic conditions is very important in attitude estimation accuracy, but in the literatures, the error of the external body acceleration on attitude estimation has not been studied in different dynamic conditions. The paper deals to estimation of the gyroscope sensor bias in two rotational axes (roll and pitch), accurate attitude estimation in different dynamic conditions and estimation of external body acceleration. The proposed algorithm application for attitude, external body acceleration and gyroscope sensor bias is evaluated by quasi-static and dynamic experimental tests in high acceleration bound.
    Keywords: Extended Kalman Filter, Attitude estimation, Gyroscope sensor bias estimation, External body acceleration estimation, Inertial sensor
  • Faezeh Bagheri, Tahereh Binazadeh* Pages 47-54
    This paper studies the linear positive discrete-time systems with the uncertainty in the system model. Some parameters of system’s matrix are unknown and only some information about their lower and upper bounds are available. The goal of this paper is design of output feedback control law in the presence of parametric uncertainties. The control law is designed in a way that in addition to asymptotic stability of the closed-loop system; it guarantees the positivity of the closed-loop system which adds some complexity in the process of problem solving. Another case has also been investigated in this paper is design of output feedback control law such that as well as the asymptotic stability and positivity of the closed-loop system; the control signal be also positive. The realization of this constraint is necessary in some positive systems. In this paper, two theorems are given and proved. Moreover, the conditions expressed in these theorems are converted to linear programming formats. Finally, computer simulations are presented to verify the theoretical results.
    Keywords: Positive discrete-‌time systems, model uncertainty, output-feedback, Linear programing
  • Fatemeh Asadi, Mehdi Modabberifar*, Bahman Mirzakhani, Abbas Pak Pages 55-62
    Angular displacement measuring encoder is one of the most important measuring tools in the automated systems, industries and machine tools. In many of manufacturing and production processes, rotary encoders are used as reliable tools for precise positioning. In this study, a new capacitive-type rotary encoder with un-tethered rotor is designed. The main components are made of printed circuit films. Hence, the encoder can be set up in thin inter spaces. The encoder consists of a receiving stator and a transmitter rotor, respectively containing four-phase and two-phase electrodes. In order to designs an un-tethered rotor; the encoder employs a unique approach. Electrical power is supplied to the transmitter rotor by electrostatic induction without any physical contact. This un-tethered rotor can facilitate sensitive applications that a mechanical disturbance caused by an electric wire can be a problem. In this study the encoder was built and its performance was evaluated. The result of experimental evaluation shows that the encoder has max ±0.09 degree error.
    Keywords: rotary encoder, capacitive-type encoder, increamental encoder