عنوان :
مكان يابي تصادفي غيرهولونوميك منبع در صفحه به كمك كنترل اكسترمم ياب
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
دوازده،95ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محسن مجيري فروشاني
توصيفگر ها :
مكان يابي تصادفي منبع , كنترل اكسترمم ياب , عامل تك چرخ غيرهولونوميك , قضيه ي معدل گيري تصادفي
استاد داور :
فريد شيخ الاسلام، حامد جلالي بيدگلي
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/08/04
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/08/04
چكيده فارسي :
كنترل عامل‌هاي خودكار براي رسيدن به نقطه يا منبع مشخص، يكي از زمينه‌هاي تحقيقاتي فعال در مهندسي كنترل است. رسيدن به منبع مي‌تواند به عنوان يك مسئله‌ي بهينه‌سازي تعريف شود كه يافتن اكسترمم، معادل يافتن مكان منبع است. مكان‌يابي منبع توسط اين عامل‌ها عموما با پردازش اطلاعات به‌دست آمده از دستگاه‌هاي مكان‌ياب و يافتن مسير مناسب براي رسيدن به مكان مطلوب انجام مي‌شود. در مسئله‌ي يافتن مكان منبع، مواردي پيش مي‌آيد كه به اطلاعات سيستم مكان‌يابي جهاني دسترسي نداريم مانند زير آب يا زير يخ و يا هزينه‌ي سيستم‌هاي ناوبري بالا است. در اين موارد كنترل عامل‌ها براي رسيدن به يك نقطه‌ي مشخص بدون استفاده از دستگاه مكان‌ياب مورد توجه است. در مسئله‌ي مكان‌يابي منبع بدون استفاده از دستگاه مكان‌ياب، فرض مي‌شود كه عامل در يك ميدان سيگنال با توزيع نامشخص قرار دارد و با دور شدن از منبع، شدت سيگنال كاهش مي‌يابد. تنها اطلاعات در دسترس براي كنترل عامل، اطلاعات به‌دست آمده از اندازه‌گيري بهنگام مقدار سيگنال است كه با نصب يك حسگر مناسب روي عامل يا با فاصله‌اي از مركز آن به‌دست مي‌آيد. با توجه به اينكه مكان‌يابي منبع معادل يافتن موقعيتي است كه شدت سيگنال در آن بيشينه است، كنترل اكسترمم‌ياب به عنوان يك ساختار بهينه‌سازي غيرمبتني بر مدل، ابزار مناسبي براي حل اين مسئله است. ساختارهاي اكسترمم‌ياب گرادياني و كران‌دار از ساختارهاي پايه‌اي كنترل اكسترمم‌ياب هستند. براي بهينه‌سازي نگاشت در قوانين تنظيم ساختارهاي اكسترمم‌ياب گرادياني و كران‌دار، به‌ترتيب دامنه و فاز يك سيگنال سينوسي با نگاشت تغيير مي‌كند. در دهه‌ي گذشته مكان‌يابي منبع با عامل تك‌چرخ غيرهولونوميك به عنوان يك مدل كاربردي مورد توجه بوده است. هدايت اين عامل با تنظيم سرعت انتقالي و سرعت دوراني آن انجام مي‌شود و كنترل اين عامل به‌دليل ساختار غيرخطي و غيرهولونوميك آن پيچيده است. يكي از دلايلي كه باعث عملكرد نامطلوب عامل غيرهولونوميك در حالت‌هاي گذرا و ماندگار مي‌شود، استفاده از سيگنال‌هاي تحريك دائم است. اخيرا مدلي براي مكان‌يابي منبع با عامل تك‌چرخ غيرهولونوميك بدون استفاده از سيگنال‌هاي تحريك دائم ارائه شده است كه سبب بهبود عملكرد عامل در حالت‌هاي گذرا و ماندگار شده است. براي اين منظور از شباهت معادلات ديناميكي عامل تك‌چرخ غيرهولونوميك با معادلات ساختارهاي اكسترمم‌ياب گرادياني و كران‌دار استفاده شده است. در اين پژوهش، روند مشابهي براي حذف سيگنال‌هاي تحريك دائم در حالت مكان‌يابي تصادفي منبع پيشنهاد شده است. روند كار به اين صورت است كه ابتدا دو ساختار اكسترمم‌ياب گرادياني و كران‌دار تصادفي پيشنهاد شده‌اند. سپس با استفاده از شباهت معادلات ديناميكي عامل تك‌چرخ غيرهولونوميك با معادلات ساختارهاي اكسترمم‌ياب تصادفي پيشنهادي، مدل‌هايي براي مكان‌يابي تصادفي منبع پيشنهاد شده است. هنگامي‌كه سرعت انتقالي عامل تنظيم مي‌شود، معادلات ديناميكي عامل با معادلات ساختار اكسترمم‌ياب گرادياني تصادفي شباهت زيادي دارد. با بهره‌گيري از اين موضوع، با فيلترينگ مناسب سيگنال اندازه‌گيري شده به‌وسيله‌ي حسگر و بدون استفاده از سيگنال‌هاي تحريك تصادفي دائم، قانون تنظيم سرعت انتقالي عامل براي همگرايي به موقعيت منبع پيشنهاد شده است. يك مدل نيز براي مكان‌يابي چندعاملي منبع با استفاده از يك سيگنال كنترل تعميم داده شده است. هنگامي‌كه سرعت دوراني عامل تنظيم مي‌شود، معادلات ديناميكي عامل با معادلات ساختار اكسترمم‌ياب كران‌دار تصادفي شباهت زيادي دارد. با بهره‌گيري از اين موضوع، با فيلترينگ مناسب سيگنال اندازه‌گيري شده به‌وسيله‌ي حسگر و بدون استفاده از سيگنال‌هاي تحريك تصادفي دائم، قانون تنظيم سرعت دوراني عامل براي همگرايي به موقعيت منبع پيشنهاد شده است. در پايان ساختاري براي مكان‌يابي تصادفي منبع پيشنهاد شده است كه سرعت‌هاي انتقالي و دوراني عامل غيرهولونوميك را به‌طور همزمان تنظيم مي‌كند. اثبات پايداري مدل‌هاي پيشنهادي با استفاده از قضيه‌ي معدل‌گيري تصادفي انجام شده است. شبيه‌سازي‌هاي كامپيوتري، عملكرد مطلوب مدل‌هاي پيشنهادي و بهبود عملكرد نسبت به مدل‌هاي پيشين را نشان مي‌دهند.
چكيده انگليسي :
Source localization with autonomous agents is one of the active research fields in control. It commonly has been done by processing of data obtained from localization devices. In recent years, considerable attempts have been made to develop autonomous agents operating without position information. The interest is motivated by the possibilities of operation in the environments, where global positioning system (GPS) is unavailable and inertial navigation system is extremely costly. In this case, the agent has no position information (neither of its own nor of the source) and the only information available is the strength of the signal field at the sensor location obtained by placing a suitable sensor on the agent. Note that the main purpose of agent is seeking a location corresponded to the maximum signal’s value. Extremum seeking control as a non-model based optimization formation is a suitable tool for source localization problem. Over the last decade, source localization using non-holonomic unicycle agent as a practical model has been of interest. This agent is controlled by adjusting its forward and angular velocity. Recently, a source localization model has been proposed with a non-holonomic unicycle agent that does not use persistent excitation signals, which improves the agent performance in transient and steady states. In this study, a similar method of eliminating persistent excitation signals has been proposed for stochastic source localization. To this end, three control schemes are developed for tuning the forward and angular velocities of the unicycle. The first scheme only tunes the forward velocity and is based on the conventional form of ES. In this form, a high-frequency stochastic excitation signal (dither) is employed to find the gradient of an unknown function that is optimized. The proposed scheme benefits from the fact that the dither part already exists in the unicycle model. The second scheme only tunes the angular velocity and is based on the recently developed form of ES. In this form, the function to be optimized appears as the argument of a sine/cosine function. The presented scheme takes the advantage from the fact that the sine/cosine function of this form of ES already exists in the vehicle model. Both schemes are structurally simple and significantly improve the unicycle motion. Lastly, a scheme is proposed which tunes the forward and angular velocities simultaneously. Stability analysis of the proposed schemes is carried out using the stochastic averaging theory and their performances are illustrated through carefully studied simulation examples.
استاد راهنما :
محسن مجيري فروشاني
استاد داور :
فريد شيخ الاسلام، حامد جلالي بيدگلي
