فهرست مطالب

مجله کنترل
سال چهاردهم شماره 2 (تابستان 1399)

  • تاریخ انتشار: 1399/04/31
  • تعداد عناوین: 8
|
  • محمد قسمتی، جعفر حیرانی نوبری، محمدرضا عاروان*، عبدالرضا کاشانی نیا صفحات 1-15

    در این مقاله خطای تعیین موقعیت یک سامانه ی اینرسی صفحه پایدار، در الگوریتم ناوبری مستقل از موقعیت و به ازای انحراف ثابت ژیروسکوپ، به صورت تحلیلی و عددی تعیین شده است. الگوریتم های ناوبری متداول از تخمین نرخ های موقعیت برای ساخت فرامین سرعت زاویه ای اعمالی به ژیروسکوپ ها استفاده می کنند، این کار نه تنها منبع اولیه ای برای خطای موقعیت بوده بلکه پیاده سازی فرامین را پیچیده می کند. مزیت اصلی الگوریتم ناوبری مستقل از موقعیت این است که فرامین سرعت زاویه ای، مستقل از موقعیت سامانه ی ناوبری و متناسب با انتگرال شتاب ها بوده و بدین ترتیب خطاهای ناشی از تخمین نرخ طول و عرض جغرافیایی به صفحه پایدار اعمال نشده و باعث خارج شدن آن از تراز و ایجاد خطا نمی شود. در راستای تحلیل خطای سامانه، مدل سامانه ی صفحه پایدار، نحوه ی ترازسازی صفحه و شرایط اولیه ی ورود به فاز ناوبری مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله در شرایط سکون، رابطه ی خطا برای انحراف ثابت ژیروسکوپ به صورت تحلیلی بدست آمده است. رابطه ی این خطا بر حسب زمان از درجه ی یک بوده، در حالی که در سامانه ی متصل به بدنه از درجه ی سه است.

    کلیدواژگان: خطای تعیین موقعیت، الگوریتم ناوبری، صفحه پایدار، انحراف ژیروسکوپ، ترازسازی
  • علیرضا باصحبت نوین زاده، مجتبی اسدی ماتک* صفحات 17-25

    هدف این مقاله ارایه یک الگوریتم جدید برای هدایت یک وسیله زیرآبی تا رسیدن به هدفش، و نشان دادن موثر بودن آن توسط شبیه سازی با یک کد رایانه ای، است. مقصود از هدف در اینجا، تعقیب کردن یک شناور روی سطح آب است. جهت انجام این منظور یکی از روش های موثر و مفید، تعقیب کردن خط اثر شناور است که کشتی در پشت سر خود تولید می کند. از معایب هدایت خط اثر شناور می توان به حرکت زیگزاگی جهت کشف مجدد آن اشاره کرد که با توجه به کاهش سرعت خطی نزدیک شدن به هدف، گاها به آن نرسیده و اصابت و تخریب ناتمام می ماند. به همین علت ایده های مختلفی برای بهبود حرکت در مسیر خط اثر شناور مطرح شده است که هر کدام دارای محاسن و معایبی هستند. در این مقاله یک الگوریتم هدایت جدید برای حرکت وسیله زیرآبی در مرکز خط اثر، که هدایت مرکزی نامیده شده است، معرفی شده که مسیری بهینه را نتیجه می دهد که با استفاده از مبانی هندسی مرکز خط اثر را در فاز هدایت به صورت یک خط مرکزی تعیین نموده سپس با استفاده از روش بهینه کمترین تلاش مسیری برای وسیله تا خط مرکزی ارایه می شود. همچنین برای اعتبارسنجی این روش، خط اثر یک کشتی مدلسازی و برنامه نویسی شده  و کد آن در برنامه هدایت، برای شبیه سازی عملکرد این روش استفاده شده است.

    کلیدواژگان: هدایت، بهینه، وسیله زیرآبی، خط اثر شناور، هدایت مرکزی
  • فریده الله وردی، امین رمضانی*، مهدی فروزانفر صفحات 27-33

    در این مقاله روشی موثر برای تشخیص عیب سنسوری در کلاسی از سیستم های غیرخطی لیپشیتز در حضور نامعینی ارایه می شود. با تعریف ماتریس های انتقال حالت برای حالت ها و خروجی سیستم، سیستم اصلی به دو زیر سیستم تقسیم می شود. زیر سیستم اول شامل عدم قطعیت اما بدون عیب بوده و زیر سیستم دوم فقط شامل عیب سنسوری می باشد، بدون عدم قطعیت. عیب سنسوری در زیر سیستم دوم با روشی به صورت عیب عملگری مجازی ظاهر می شود. برای تشخیص عیب، رویتگرهای مدلغزشی طراحی می شوند. پارامترها و ماتریس های لازم جهت طراحی رویتگر با حل مساله LMI به دست می آید. با استفاده از تیوری لیاپانوف، پایداری دینامیک های خطای رویتگر اثبات می شود. و در نهایت با شبیه سازی امکان پذیری و کارایی مطلوب روش پیشنهادی نشان داده می شود.

    کلیدواژگان: تشخیص عیب، سیستم غیرخطی لیپشیتز، رویتگر مدلغزشی، عیب سنسوری، نامساوی ماتریسی خطی
  • علی کیماسی خلجی*، ابوالفضل یزدانی صفحات 35-45

    ربات متحرک چرخدار، یکی از مهمترین انواع ربات های متحرک می باشد. یک دسته از این ربات ها سیستم های دارای تریلر می باشد. مسئله کنترل حرکت این دسته از ربات ها مخصوصا در حرکت رو به عقب، یکی از چالش برانگیزترین مباحث پژوهشی در این حوزه می باشد. در این مقاله روشی برای کنترل حرکت یک ربات متحرک دارای تریلر در تعقیب مسیرهای کارتزین ارایه شده است که همزمان توانایی کنترل حرکت رو به عقب و رو به جلو ربات دارای تریلر را برای ما فراهم می آورد. برای این منظور، ابتدا معادلات سینماتیکی ربات دارای تریلر استخراج شده و سپس مسیر مرجع مورد نظر برای ربات تعریف می گردد. معادلات تعقیب مسیرهای کارتزین علاوه بر معادلات حرکت ربات، بیان گر حرکت ربات نسبت به مسیر مرجع نیز می باشد. سپس با استفاده از تبدیلاتی معادلات سیستم را در یک فضای جدید بیان نموده و در پی آن، کنترل کننده ای برای سیستم ارایه گردیده است. قانون کنترلی طراحی شده سیستم را به صورت مجانبی به سمت مسیر مرجع پایدار می سازد. در پایان نتایج بدست آمده به عنوان تضمین کنترل کننده طراحی شده ارایه گردیده است.

    کلیدواژگان: ربات متحرک چرخدار، پایداری مجانبی، حرکت رو به عقب
  • بیژن مدی*، حمید باکوئی کتریمی صفحات 47-61

    پالایشگاه NGL جزیره سیری نقش مهمی در تولید محصولات با ارزش افزوده بالا دارد. یکی از مهمترین واحدها در این پالایشگاه واحد متان زدایی است که دارای شبکه پیچیده ای از برجهای تقطیر و مبدلهای حرارتی است. در مرحله اول توسط نرم افزار شبیه سازی اسپن هایسیس، مدل استاتیکی مناسبی برای این واحد تهیه شد که در نتیجه شبیه سازی تجهیزات اساسی از جمله برجهای تقطیر و مبدلهای حرارتی پیاده سازی شدند. نتایج این بخش از شبیه سازی همخوانی بالایی با اطلاعات جمع آوری شده از واحد حقیقی دارند. سپس شبیه سازی از حالت استاتیکی به حالت دینامیکی منتقل شد که در این مرحله اندازه سازی تجهیزات اصلی از جمله برجهای تقطیر و شیرهای کنترل انجام گرفت. سپس کنترل کننده های متداول که در حال حاضر در واحد حقیقی موجود هستند، به شبیه سازی اضافه شدند. توسط روش تنظیم خودکار (ATV)، عملکرد جمعی کنترل کننده ها با در نظر گرفتن معیارهای مطلوب یعنی پایداری، سرعت پاسخ و عدم نوسان، تحت سناریوهای مختلف بررسی شد. بر اساس نتایج مشخص شد که با انجام اصلاحاتی دقیق بر روی ضرایب فعلی تنظیم کنترل کننده ها می توان به عملکردی به مراتب بهتر دست یافت.

    کلیدواژگان: شبیه سازی دینامیکی، هایسیس، واحد متان زدایی، برج تقطیر، مبدل حرارتی LNG، روش تنظیم ATV
  • محمد مطهری فر*، حمید تقی راد، سید فرزاد محمدی صفحات 63-77

    در این تحقیق یک ساختار کنترلی مبتنی بر انعکاس نیرو برای سامانه هپتیک آموزش جراحی توسعه داده می شود. در سامانه هپتیک آموزش جراحی عملیات جراحی به صورت مشارکتی توسط استاد و دستیار انجام می شود. مشارکت هر یک از این دو جراح در عملیات توسط کنسولهای هپتیکی که در اختیار دارند امکانپذیر می شود. علیرغم آنکه عملیات اصلی به طور پیش فرض توسط دستیار انجام می شود، استاد می تواند در صورت بروز انحراف از سوی دستیار در عملیات مداخله نماید و اشتباهات احتمالی دستیار را تصحیح نماید. برای آنکه استاد قادر باشد در حین انجام عملیات، اختیار عمل را از دستیار به خود منتقل نماید، نیروی دست استاد در مواقع لزوم از طریق سامانه هپتیک به دستان دستیار منتقل می شود. با استفاده از سامانه هپتیک، موقعیت دستیار به سمت استاد منتقل می شود تا از این طریق استاد اطلاعات موقعیت لحظه ای ابزار جراحی را در اختیار داشته باشد. کنترل کننده های پایدارساز برای هر یک از کنسول های هپتیک توسعه داده می شود. پایداری کلی مجموعه با استفاده از روش «پایداری ورودی به حالت» تحلیل می شود. در پایان، نتایج شبیه سازی جهت تایید عملکرد مناسب ساختار پیشنهادی، ارایه می شود.

    کلیدواژگان: رباتیک، سامانه هپتیک، آموزش جراحی، کنترل مقاوم
  • الهه مرادی* صفحات 79-87

    در این مقاله، مساله پایداری  زمان محدود و پایدارسازی زمان محدود برای کلاس خاصی از سیستم های دینامیکی با توابع غیرخطی در حضور تاخیر متغیر با زمان و ترم های نامعینی نرم-محدود مورد بررسی قرار می گیرد. توابع غیرخطی به صورت شرایط لیپ-شیتز در نظر گرفته شده است. ابتدا، شرایط کافی جهت تضمین پایداری زمان محدود برای سیستم غیرخطی تاخیردار به همراه نامعینی ها و بر اساس روش تابع لیاپانوف ارایه شده است. در ادامه شرایط کافی جهت تضمین پایدارسازی زمان محدود سیستم مورد نظر با فیدبک حالت ارایه شده است. در اثبات قضایای اریه شده ، از تابع لیاپانوف-کراسوفسکی مناسب و فرمول نیوتن-لایبنیز استفاده شده است که سبب کاهش میزان محافظه کاری می گردند. همچنین تمامی شرایط بدست آمده در این مقاله، وابسته به تاخیر می باشند و به صورت نامعادلات ماتریسی خطی ارایه شده است. سرانجام مثال های عددی و شبیه سازی ها کارآیی روش های پیشنهادی را نشان خواهند داد.

    کلیدواژگان: پایدارسازی زمان محدود، تاخیر متغیر با زمان، نامعادلات ماتریسی خطی، توابع غیرخطی
  • پوریا جعفری*، محمد تشنه لب، مهسان توکلی کاخکی صفحات 89-99

    امروزه رشد قابل توجه حسابان مرتبه کسری در علوم مهندسی سبب تبدیل این زمینه تحقیقاتی به یکی از زمینه های پرطرفدار پژوهشی در مهندسی و به ویژه در مهندسی کنترل شده است. بر همین اساس کنترل کننده های متعددی مبتنی بر ریاضیات مرتبه کسری طراحی شده اند. از جمله می توان از کنترل کننده های فازی تطبیقی نام برد که هم در سیستم های مرتبه صحیح (کلاسیک) و هم برای سیستم های مرتبه کسری قابل استفاده هستند. در مقالات نشان داده شده است که سیستم های مرتبه کسری نامعین مانند سیستم های مرتبه صحیح می توانند به خوبی با استفاده از کنترل کننده های فازی تطبیقی مرتبه کسری در حضور اغتشاش کنترل شوند. در همین راستا، در این مقاله یک کنترل کننده فازی تطبیقی غیرمستقیم از نوع سوگنو به همراه مد لغزشی مرتبه کسری برای کنترل یک کلاس خاص از سیستم های مرتبه کسری ارایه می شود. پایداری سیستم حلقه بسته بررسی شده و با استفاده از تابع لیاپانوف مرتبه کسری قوانین تطبیق استخراج می شوند. قانون تطبیق مرتبه کسری برای تنظیم پارامترهای آزاد بخش تالی سیستم فازی استفاده شده و یک قانون تطبیق مقاوم نیز برای کاهش اثر خطای تقریب بین خروجی مدل غیرخطی سیستم و خروجی سیستم فازی به کار می رود. سپس با استفاده از قضیه لیاپانوف مرتبه کسری پایداری میتگ-لفلر سیستم حلقه بسته تضمین خواهد شد. در انتها، کارآیی روش پیشنهادی در کنترل سیستم مرتبه کسری غیرخطی نامعین ژیروسکوپ به همراه اغتشاش نشان داده می شود.

    کلیدواژگان: کنترل کننده فازی تطبیقی سوگنو، کنترل مد لغزشی مرتبه کسری، سیستم مرتبه کسری نامعین
|
  • Mohammad Ghesmati, Jafar Heyrani Nobari, Mohammadreza Arvan*, Abdorreza Kashaninia Pages 1-15

    This paper deals with analyzing gyroscope drift error in the position-independent navigation algorithm of a stable platform inertial system. Most of the stable platform navigation algorithms proposed in the literature have drawbacks of estimating position rates for alignment commands. Not only the estimating position rates are the basic source of position errors, but they also make the alignment commands and their implementation more complicated. The major advantage of the proposed design is that the angular velocity commands of gyroscopes are independent of the system position and are proportional to accelerations’ integrals, all of which eliminate, the errors resulted from the estimation of the longitude and latitude rates. In this paper, the stable platform system is modeled, and plate alignment procedure is determined and the initial conditions of navigation phase are calculated. In stationary conditions, the position error propagation for the fixed gyroscope drift is obtained analytically. The position error of the proposed algorithm propagates linearly with time, while in the strapdawn algorithm; this error propagates as the cube of time.

    Keywords: gyroscope drift, navigation algorithm, stable platform inertial system, position error propagation, alignment
  • Alireza Basohbat Novinzadeh, Mojtaba Asadi Matak* Pages 17-25

    The purpose of this paper is to provide a new algorithm for guidance of an underwater vehicle to reach its target, and demonstrate its effectiveness by simulation with a computer code. The meant of target in here is to chase a ship on the surface of the water. In order to do this, one of the most effective methods is to follow the ship wake which produced behind it. Disadvantages of wake guidance can be mentioned as zigzag motion for rediscovering the wake in its path which according to the decreasing linear speed of approaching the target, sometime it doesn't reach the target and collision fails. Therefore various ideas, with both positive and negative aspects, have been introduced to improve movement in the wake path. In this paper, a new guidance algorithm for running an underwater vehicle at the center of wake, which is named central guidance, is introduced that results an optimal path that by using geometric bases, determining the center of the wake in guidance phase like a central line. Then, using the optimal least effort method, the path to central line is presented.  Also, to test this method, the wake of a ship is modelled and programed and its code is used in the guidance program to simulate the performance of this method.

    Keywords: Guidance, Optimal, Underwater vehicle, Wake, Central guidance
  • Farideh Allahverdi, Amin Ramezani*, Mehdi Forouzanfar Pages 27-33

    This paper deals with the issues of sensor fault detection for a class of Lipschitz uncertain nonlinear system. By definition coordinate transformation matrix for system states and output system, at first the original system divided into two subsystems. the first subsystem includes uncertainties but without any sensor faults and the second subsystem has sensor faults but is free of uncertainties. Then sensor faults in second subsystem are formed as actuator faults. For the aim of fault detection (FD) two sliding mode observer is designed for two subsystems. The necessary matrices and parameters to design observers are obtained by solving linear matrix inequality (LMI) problem.  Stability condition of observer’s dynamics are reviewed based on Lyapunov approach. Finally simulation example is given to illustrate the effectiveness proposed approach.

    Keywords: Fault detection, Lipschitz, Nonlinear system, Sliding mode Observer, LMI‎
  • Ali Keymasi Khalaji*, Abolfazl Yazdani Pages 35-45

    A wheeled mobile robot is one of the most important types of mobile robots. A subcategory of these robots is wheeled robots towing trailer(s). Motion control problem, especially in backward motion is one of the challenging research topics in this field. In this article, a control algorithm for path-following problem of a tractor-trailer system is provided, which at the same time provides the ability to control the backward and forward motions of the tractor-trailer robot. To this end, first the kinematic equations of a wheeled robot with a trailer is extracted and then reference paths for the robot are defined. Path following equations, in addition to the robot mathematical equations, also represent the robot movement with respect to the reference path. Then, by using transformations the system equations are expressed in a new space and subsequently a control algorithm is proposed for the system. The investigated control law make the system asymptotically stable around the reference path. Finally, obtained results have been presented which guarantee the designed controller.

    Keywords: Wheeled mobile robot, Asymptotic stability, Backward motion
  • Bijan Medi*, Hamid Bakuei Katrimi Pages 47-61

    The NGL refinery of the Sirri Island has a major role in the production of high-value products. One of the most important refinery units is the demethanizer unit, comprising of a complex network of distillation towers and heat exchangers. In the first step, using the Aspen Hysys software, a proper steady state model was developed for this unit in which the simulation of the main equipment that is, distillation towers and heat exchangers were carried out. The steady state simulation results are in good agreement with the data gathered from the real plant. Then, the simulation was transferred from steady state to dynamic mode in which the main equipment such as distillation towers and control valves were sized. Here, the available controllers which are currently present in the real plant, were added to the simulation. Using the auto tuning variation (ATV) method and by considering the desired behavior namely, stability, fast response, and absence of oscillation, the overall performance of the controllers were examined under different scenarios. Based on the results, it was identified that with carefully tuning the controllers parameters, much better performance can be achieved.

    Keywords: Dynamic simulation, Hysys, Demathanizer unit, Distillation tower, LNG heat exchanger, ATV method
  • Mohammad Motaharifar*, Hamid Taghirad, Seyed Farzad Mohammadi Pages 63-77

    In this study, a force reflection control structure is developed for the surgery training haptic system. In the surgery training haptic system, the surgical operation is cooperatively performed by a trainer and a trainee. The participation of each surgeon in the operation is established through their own haptic consoles. Although the operation is primarily performed by the trainee, the trainer is able to interfere into the procedure in case of observing any deviation on the part of trainee and correct the probable mistakes. To transform the task authority between the trainer and the trainee, the hand force of the trainer is reflected to the hands of the trainee. Utilizing the haptic system, the position of the trainee is transformed to the hands of the trainer, thus the trainer has necessary information regarding the current position of the surgical operation. Stabilizing controllers are developed for each haptic console. The stability of the closed loop system is analyzed using the Input-to-State Stability (ISS) approach. Our simulation results confirmed the appropriate performance of the proposed structure.

    Keywords: Robotics, Haptic System, Surgery Training, Robust Control
  • Elahe Moradi* Pages 79-87

    In this paper, the problem of finite-time stability and finite-time stabilization for a specific class of dynamical systems with nonlinear functions in the presence time-varying delay and norm-bounded uncertainty terms is investigated. Nonlinear functions are considered to satisfy the Lipchitz conditions. At first, sufficient conditions to guarantee the finite-time stability for time-delay nonlinear system with uncertainties and based on the Lyapunov approach is presented. In the following, sufficient conditions to ensure finite time stabilization the considered system with state feedback are presented. In the proofs of proposed theorems are used from the appropriate Lyapunov-Krasovskii function and newton-Libniz-formula that can reduce the conservative. Also, all of the obtained conditions in this paper are delay-dependent and presented as linear matrix inequalities .Finally, the numerical examples and simulations exhibit the effectiveness of the proposed methods.

    Keywords: Finite-time stabilization, time-varying delay, linear matrix inequalities, nonlinear functions
  • Pouria Jafari*, Mohammad Teshnehlab, Mahsan Tavakoli Kakhki Pages 89-99

    Nowadays, the noticeable growth of fractional order calculus in engineering science has transformed this research field into one of the most popular fields of research in engineering and in particular in control engineering. Accordingly, several controllers have been designed based on fractional order mathematics. Adaptive fuzzy controllers are among the designed fractional order controllers. In the literatures, it has been shown that the uncertain fractional order systems can be well compensated by fractional order adaptive fuzzy controllers in the presence of disturbance. For this reason, in this paper, an indirect adaptive TSK fuzzy controller with fractional order sliding mode control is proposed to control a certain class of nonlinear fractional order systems.The stability of the closed-loop system is investigated and using a fractional order Lyapunov function candidate, the adaptation laws are extracted. A fractional order adaptation law is used to adjust the free parameters in the consequence part of the adaptive TSK system and a robust adaptive law is used to reduce the influence of the approximation error between the output of the system nonlinear model and the output of the fuzzy system. Hence, using the fractional order Lyapunov theorem, the Mittag-Leffler stability of the closed-loop system is guaranteed. Finally, the numerical simulation shows the efficiency of the proposed control strategy for a gyroscope uncertain nonlinear fractional order system in the presence of uncertainty.

    Keywords: Adaptive TSK fuzzy controller, Fractional order sliding mode control, Uncertain fractional order system