توصيفگر ها :
سيستم‌هاي كنترل تحت شبكه , كنترل كننده PID , پايداري تصادفي , زنجيره ماركوف
چكيده فارسي :
در سال‌هاي اخير، مطالعه بر سيستم‌هاي كنترل تحت شبكه به شدت رشد كرده و نتايج حاصل، پيشرفت‌هاي چشمگيري در اين زمينه نشان داده است. يك سيستم‌كنترل تحت شبكه را مي‌توان به عنوان يك سيستم كنترل فيدبك، كه حلقه‌هاي آن توسط يك شبكه‌ي مخابراتي بسته شده است، توصيف كرد. اين مرتبط‌سازي تجهيزات سيستم كنترلي تحت يك شبكه، توانسته با صرف هزينه‌ي جزئي، از پيچيدگي سيستم‌ها به صورت مؤثر بكاهد. مهم‌تر از همه، سيستم شبكه شده، فضاي مجازي را به فضاي فيزيكي مرتبط مي‌سازد كه فرمان دادن از فواصل دور را به سادگي عملي مي‌كند. اما اين مزايا بدون هيچ كاستي حاصل نشده است. بدليل گذر داده‌ها از روي شبكه‌هاي مخابراتي، اثرات نامطلوب ناشي از شبكه، خود را بر سيستم‌هاي كنترلي نشان مي‌دهند. مخرب‌ترين اين عوامل، تاخير ناشي از شبكه، و از دست رفتن داده‌ها مي‌باشد. تحت تاثير اين عوامل، براحتي اين امكان وجود دارد كه سيستم فيزيكي از كاركرد مطلوب خارج و راندمان فرايند كاهش يابد يا حتي سيستم‌كنترلي را ناپايدار سازد. براي مقابله با مشكلات مطرح شده، پژوهش‌هايي ارائه شده است كه مي‌توان آن‌ها را در 5 دسته‌ي اصلي كنترل نمونه‌برداري، كنترل كمي‌سازي، كنترل تحت شبكه، كنترل رويدادمحور و كنترل امنيت تقسيم كرد. در زمينه‌ي كنترل تحت شبكه كه الگوي كار اين پژوهش نيز مي‌باشد، به بررسي تاثير منفي عوامل ناشي از شبكه، با مدل‌سازي رياضي پرداخته مي‌شود. با برگزيدن وقوع اين رخدادها به پارامترهاي تصادفي و يا به‌عنوان پارامتري از ورودي، استراتژي كنترلي طراحي مي‌شود كه پايداري و عملكرد بهينه‌ي سيستم تحت كنترل را حفظ كند. در اين پايان‌نامه، سيستم مورد بررسي در معرض تاخير ناشي از شبكه در خطوط كنترل‌كننده به سمت فرايند مي‌باشد. از طرف ديگر، اختلال‌هاي بيروني نيز بر عملكرد تاثير مي‌گذارد. ماتريس‌هاي معرف سيستم، شامل نامعيني‌هايي مي‌باشد و سيستم كنترلي بايد نسبت به آن‌ها مقاوم باشد. تاخيرهاي ناشي از شبكه، بصورت تصادفي از نوع زنجيره‌ي ماركوف مدل‌سازي شده‌اند. با استفاده از تابع لياپانوف مطرح شده، يك روش تقريب مقدار كنوني حالت سيستم، هنگامي كه داده موجود نباشد، فراهم مي‌شود. با استفاده از اين تقريب، با حذف و دريافت نشدن داده بدليل زمان‌بندي و عوامل ديگر، سيستم همواره تحت كنترل مطلوب نگه‌داشته مي‌شود. پارامترهاي مورد نياز و بهره‌ي كنترل‌كننده از محاسبه‌ي يك نامساوي ماتريسي، بدست خواهند آمد. عملكرد روش پيشنهادي، روي يك سيستم انتخابي مورد آزمايش قرار مي‌گيرد و قابليت برآوردسازي معيارهاي اساسي به كمك آن، نمايش داده مي‌شود.
چكيده انگليسي :
In recent years, studies on Networked Control Systems have grown significantly, and the results show vast improvements across the field. A Networked Control System can be considered as a traditional feedback control, where its loops are closed via a communication channel. Connecting the control system components by a network can effectively reduce the complexity of systems, with nominal economical investments. Most importantly, they connect cyber space to physical space making task execution from a distance easily accessible. But these merits won't come without their own shortcomings. Due to the existence of the network in NCSs, the issues originating from them, may impact the performance of the control system. Network-induced delays and packet dropout are the most degrading of them. These imperfections, can easily reduce the efficiency and performance of the system, or even destabilize it. Researchers have proposed numerous methods on how to mitigate the effects of those network imperfections on control performance of NCSs. Among those, most of them fall into the following five categories: Sampled-data control, Quantization control, Networked control, Event-triggered control, and Security control. In Networked Control, which is the field of this thesis, by mathematically modelling these networked constraints, their negative impact is studied. By assigning the occurrence of these imperfections as random parameters, or an input parameter, a control strategy capable of keeping the controlled system under acceptable performance, is derived. In this thesis, the NCS is under network-induced delays on the controller to actuator channel. In addition, external disturbances influence the performance. Furthermore, the matrices describing the state of the system, have uncertainties, and the control system should be robust against them. The network induced delays are modeled as Markov Chains. By introducing the uncertainties and disturbances on the system, its stability is analyzed. Then to assure its stability, certain conditions are derived. By using the proposed Lyapunov functional and the final equation, a current state estimation method, in the absence of adequate data, is provided. By using this method, the system can be controlled efficiently under packet losses or scheduling problems. The required parameters and the controller gain are obtained from solving a linear matrix inequality. The proposed method is then applied to a custom system and its effectiveness is verified.
