توصيفگر ها :
سيستم كنترل شبكه اي , محدوده پايداري , تأخير ثابت , زمان نمونه برداري , شعاع طيفي
چكيده فارسي :
چكيده
سيستمهاي كنترل شبكهاي به يك دسته كلي از سيستمهاي كنترل اشاره دارد كه حلقه كنترل آنها از طريق نوعي شبكه ارتباطي بسته شده است. امروزه اين سيستمها در زمينههاي فراواني از جمله صنايع نظامي پيشرفته، پهپادها، خودروهاي بدون سرنشين، عملهاي جراحي از راه دور كاربرد دارد. از مزاياي فراوان اين سيستمها سادگي و سهولت اجرا و همچنين هزينه پايين نصب ميباشد. در كنار مزاياي فراوان اين سيستمها يكي از مشكلات ارتباط شبكه در سيستمهاي كنترل تحت شبكه، وجود تأخير زماني در ارسال دادهها از طريق شبكه ميباشد. اين تأخير زماني بسته به ساختار شبكه ميتواند در مسير سنسور به كنترلر (كانال پسخور ) و يا كنترلر به عملگر (كانال پيشخور) باشد. تأخير زماني در يك سيستم كنترل حلقه بسته باعث كاهش محدودههاي پايداري سيستم شده و ميتواند منجر به ناپايداري سيستم گردد. روش كنترل پيشبين در سيستمهاي كنترل يكي از راههاي كاهش اثرات وجود تأخير در سيستم ميباشد كه در آن با استفاده از مدل فيدبك فضاي حالت به مدلسازي و طراحي يك جبرانساز بهينه پرداخته ميشود.
در اين پاياننامه، با استفاده از مقادير ويژه سيستم خطي، به بررسي اثر تأخيرهاي زماني در شعاع طيفي سيستم كنترل تحت شبكه پرداخته ميشود. همچنين اثر پارامترهاي مختلف در حاشيه پايداري سيستم بررسي خواهد شد. از جمله اين پارامترها، زمان نمونهبرداري و همچنين ضرايب ماتريس كمينهكننده تابع هزينه در روش رگولاتور خطي مرتبه دوم (LQR)، به منظور بهينهسازي ماتريس ضرايب در فضاي حالت ميباشد. در حالت تئوري شرط پايداري سيستم قرارگرفتن شعاع طيفي سيستم در محدوده كمتر از يك است. نتايج
تئوري بدست آمده در مكانيزم آزمون پاندول معكوس چرخشي با كنترل شبكهاي مورد بررسي قرار ميگيرد و در پايان اثر زمانهاي نمونهبرداري مختلف بر محدوده پايداري مكانيزم پاندول معكوس چرخشي و همچنين تأثير تغيير ضرايب LQR در ميزان محدوده پايداري سيستم نشان داده ميشود.
در فصل نتايج اين پاياننامه ابتدا مقادير عددي مكانيزم آزمون، محاسبه شده سپس روش ارائه شده در اين پايان نامه با انطباق بر مثالهاي عددي مقاله مرجع، با روش مقاله مقايسه و اعتبارسنجي ميشود. سپس مكانيزم آزمون، با روش پاياننامه مورد بررسي قرار گرفته و اثر زمان نمونهبرداري در محدوده پايداري مورد بررسي قرار ميگيرد. همچنين با كاهش كواريانس ماتريس ضرايب متغيرهاي حالت و افزايش كواريانس ماتريس ضرايب ورودي و با در نظر گرفتن شرايط بهينه، تعداد تأخيرهاي مجاز در محدوده پايداري افزوده ميشود.
چكيده انگليسي :
Abstract
Networked control systems refer to a general class of control systems whose control loop is closed through a type of communication network. Today, these systems are used in many fields, including advanced military industries, UAVs, drones, and remote surgery and etc. Advantages of these systems are simplicity and ease of implementation as well as low installation cost. In addition to the many advantages of these systems, one of the problems of network communication in network control systems is time delay in sending data through the network. Delays, depending on the network structure, can be in the path of the sensor to the controller (feedback channel) or the controller to the actuator (forward channel). Time delay in a closed loop control system reduces the stability limits of the system and can lead to system instability. Predictive control method in control systems is one of the ways to reduce the effects of latency in the system, in which mode space is designed and designed using an optimal compensation model.
In this thesis, using the eigenvalues of the linear system, the effect of time delays on the spectral radius of the control system under the network is investigated. Also, the effect of different parameters on the system stability margin will be investigated. Among these parameters are sampling time and also the coefficients of the minimizing matrix of the cost function in the second-order linear regulator (LQR) method, in order to optimize the coefficient matrix in the state space. In theory, the condition for the stability of the system is that the spectral radius of the system is less than one. The results of the theory obtained in the mechanism of rotating reverse rotating pendulum test with network control are examined and at the end, the effect of different sampling times on the stability range of the rotating reverse pendulum mechanism and also the effect of changing LQR coefficients on the stability range is shown.
In the result’s chapter of this thesis, first the numerical values of the test mechanism are calculated, then the presented method is compared and validated with the article method by adapting to the numerical examples of the reference article. Then, the test mechanism is investigated by the thesis method and the effect of sampling time in the stability range is investigated. Also, by reducing the matrix covariance of the coefficients of the state variables and increasing the matrix covariance of the input coefficients, and considering the optimal conditions, the number of allowable delays in the stability range increases.
