عنوان پایان‌نامه
تضمین پایداری و ارتقای قوام در کنترل پیش بین با استفاده از رویکردهای غیر خطی
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-کنترل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 38407;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 1516
- تاریخ دفاع
- ۱۷ شهریور ۱۳۸۷
- دانشجو
- غزل منتصری
- استاد راهنما
- محمدجواد یزدان پناه
- چکیده
- چکیده مسئله کنترل پیش‌بین به صورت حل بر‌خطِ یک مسئله کنترل بهینه‌ی حلقه‌باز با افق متناهی و با در نظر گرفتن دینامیک‌های سیستم و قیود حاکم بر آن فرمول‌بندی می‌شود. ویژگی‌هایی چون قابل اعمال بودن آن به دسته وسیعی از فرایندها، قابلیت تعمیم به سیستم‌های چند ورودی- چند خروجی، در نظر گرفتن برخی قیود حین طراحی، تنظیم ساده و قابل فهم بودن آن باعث گردیده در سالیان اخیر هم در حوزه‌ی صنعت و هم در حوزه‌ی تحقیقات دانشگاهی مورد توجه خاصی قرار بگیرد. با این حال کنترل پیش‌بین با افق محدود، پایداری حلقه‌بسته را تضمین نمی‌کند. در این تحقیق دو رویکرد غیر‌خطی برای تضمین پایداری و ارتقای قوام در کنترل پیش‌بین پیشنهاد شده است. در رویکرد اول، پایداری (پایداری مقاوم) از طریق اضافه نمودن قید پایدار‌ساز بدست آمده از تکنیک پسگام تضمین می‌گردد. از آنجا که محاسبه این قید به صورت خارج‌خط انجام می‌گیرد، حجم محاسبات بر‌خط نسبت به نسخه استاندارد کنترل پیش‌بین (بدون تضمین پایداری)، چندان افزایش نمی‌یابد. طبیعی است الگوریتم ارائه شده، قابل اعمال به دسته‌ای از سیستم‌های غیر‌خطی است که محاسبه قید پایدار‌ساز برای آنها امکان‌پذیر باشد. در رویکرد دوم، به کمک تئوری پایداری بر اساس پسیو بودن، یک تابع هزینه جدید برای مسئله کنترل پیش‌بین برای یک کلاس از سیستم‌های غیر‌خطی پیشنهاد شده است. با نمایش سیستم غیر‌خطی به صورت سیستم خطی با ماتریس‌های حالت وابسته به حالت، یک حل بسته برای الگوریتم پیشنهاد شده محاسبه می‌گردد و در نهایت یک معیار برای تنظیم ماتریس‌های وزنی در راستای تضمین پایداری ارائه شده است. شبیه‌سازی‌های انجام شده، کارایی الگوریتم‌های کنترل پیش‌بین پیشنهاد شده را تأیید می‌کنند و نتایج شبیه‌سازی حاکی از آن است که می‌توان کنترل پیش‌بین را با رویکردهای غیر‌خطی مثل پسگام و تئوری پسیو بودن ترکیب نمود و الگوریتم کنترل پیش‌بینی را ارائه نمود که از یک طرف خواص پایداری مربوط به پسیو بودن یا پایداری مقاوم مربوط به تکنیک پسگام را داراست و از طرف دیگر عملکرد مطلوب مربوط به کنترل پیش‌بین را.
- Abstract
- Abstract Model Predictive Control (MPC) problem is formulated as solving a finite horizon open-loop optimal control problem subject to system dynamics and constraints, in an on-line manner. Properties such as applicability to a large variety of systems, easy extension to multi-input multi-output systems, possibility of considering some constraints in design procedure, involving intuitive concepts and easy tuning make MPC strategies very popular in industry and academic researches. Nevertheless, a finite horizon MPC does not guarantee the closed-loop stability. In this project, two nonlinear approaches for stability guarantee and robustness improvement are proposed. In the first approach, stability is guaranteed via the stabilizing constraint obtained by backstepping technique. Since computation of this stabilizing constraint is off-line, the on-line computational burden does not increase a lot. However, this algorithm is just applicable to the systems for which computing the stabilizing constraint is possible. A new cost function for MPC problem based on the passivity theorem for a class of nonlinear systems is presented in the second approach. Representing a nonlinear system by a linear system with state-dependent state matrices, a closed-form solution to the proposed algorithm is computed. Finally, a criterion for tuning weighting matrices to achieve the closed-loop stability is proposed. The efficiency of the proposed algorithms is illustrated via simulations. Simulation results show that MPC and nonlinear approaches such as backstepping or passivity theorem can be merged into MPC strategies that take advantages of stability due to passivity or robustness due to backstepping and good performance due to MPC.
