20216

2316 دكتري

دكتري

كنترل

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1403

دوازده، 90 ص.: مصور، نمودار

1404/01/18

كتابنامه

برق

مهندسي برق و كامپيوتر

1404/01/20

23101781

نترل اكسترمم‌ياب يك روش بهينه‌سازي بهنگام و غيرمبتني بر مدل است، كه براي سيستم‌هاي ديناميكي با اطلاعات محدود از جمله محدب يا مقعر بودن نگاشت سيستم و با فرض خروجي قابل اندازه‌گيري، مورد استفاده قرار مي‌گيرد. هدف اين ساختار، يافتن اطلاعات گراديان نگاشت با ايجاد اختلال در متغيرهاي تنظيم است. اين اختلال به وسيله سيگنال‌هاي تحريك دائم ايجاد مي‌شود. كنترل اكسترمم‌ياب مبتني بر نيوتن به منظور عدم وابستگي نرخ همگرايي به مقدار نامعلوم هسيان طراحي مي‌شود. در اين روش، يك فيلتر ريكاتي طراحي مي‌شود تا تخمين وارون هسيان نگاشت را به بخش تطبيق تزريق كند. با استفاده از ايده اصلي روش مبتني بر نيوتن، مبني بر تخمين مشتق دوم نگاشت با استفاده از سيگنال مدوله‌كننده‌ي مناسب، اكسترمم‌ياب مشتقات بالاتر سيستم نيز معرفي شده است. پياده‌سازي الگوريتم كنترل در سيستم‌هاي عملي نيازمند بررسي و مقاوم‌سازي در برابر رفتارهاي غيرخطي و ناگزير سيستم مانند وجود تاخير، اشباع ورودي، ورودي ناحيه مرده و سنسور كند خروجي است. اگر چه در طول دو دهه گذشته، به دليل اعمال روش كلاسيك اكسترمم‌ياب مبتني بر گراديان بر روي سيستم‌هاي مختلف عملي، مطالعات فراواني در زمينه پياده‌سازي عملي انجام شده است، براي اكسترمم‌ياب مبتني بر نيوتن و اكسترمم‌ياب مشتقات بالاتر، به جز برخي مطالعات مربوط به تاخير در ورودي و خروجي و جبران رفتار عملگرهاي توصيف شده با دسته معادلات مشتقات جزيي معلوم، پژوهش ديگري انجام نشده است. لذا هدف اصلي اين پژوهش، كاربردي كردن مسئله كنترل اكسترمم‌ياب مشتقات بالاتر است كه البته مي‌تواند براي روش‌هاي مبتني بر نيوتن هم قابل تعميم باشد. در هدف بعدي با طراحي روش‌هاي پيشنهادي، استفاده از كنترل اكسترمم‌ياب براي كنترل دماي فوق حرارتي بر روي سيستم‌هاي خنك‌كننده فروشگاهي امكان‌پذير مي‌شود. رفتار ورودي اشباع شده در اولين طرح پيشنهادي براي اكسترمم‌ياب مشتقات بالاتر مورد بررسي قرار مي‌گيرد. با طراحي يك حلقه بازخوردي كه از دسته خاصي از توابع با نام توابع جريمه بهره مي‌برد، پديده تجمعي ناشي از اشباع ورودي را جبران مي‌كند. تحليل پايداري به دليل عدم كاربرد فرم استاندارد قضيه آشفتگي تكين با ايده گرفتن از حل نزديك آشفتگي تكين و قضيه ميانگين‌گيري به ازاي تمامي توابع جريمه كامل مي‌شود. در بخش بعد رساله كه شامل دو طرح پيشنهادي است، وجود ديناميك ورودي و خروجي در ساختار مشخص وينر-همرشتاين مورد بررسي قرار مي‌گيرد. از آنجايي‌كه با تعميم روش‌هاي مطالعه شده مربوط به روش كلاسيك اكسترمم‌ياب مبتني بر گراديان براي مشتقات درجه صفر نگاشت، نمي‌توان آن‌ها را براي اكسترمم‌ياب مشتقات بالاتر به صورت مستقيم مورد استفاده قرار داد روشي پيشنهاد مي‌شود كه با طراحي يك جبران‌كننده متناسب با درجات مشتق هدف و درجه نسبي ديناميك ورودي تاثير حضور ديناميك نامعلوم ورودي را جبران كند. در اين روش تنها اطلاع لازم از ديناميك ورودي، درجه نسبي آن است و همچنين اثبات پايداري در شرايطي كه در بخش تطبيق با هدف افزايش عملكرد سيستم، يك كنترل‌كننده تناسبي- مشتق‌گير حضور دارد، صورت مي‌گيرد. طرح سوم اين گزارش يك ساختار جديد براي اكسترمم‌ياب در حضور سنسور خروجي بسيار كند يا شرايطي كه سنسور دچار رانش مي‌شود همراه با ديناميك نامعلوم ورودي معرفي و تضمين پايداري خواهد شد.

The extremum seeking control is a real-time, model-free optimization method that is used for dynamic systems with limited information, including the convexity or concaveness of the system mapping, assuming measurable output. The objective of this structure is to obtain gradient information of the map by perturbing in the control variables. These perturbations are generated through persistent excitation signals. Implementing the control algorithm in practical systems requires consideration and robustness against the system’s inevitable nonlinear behaviors, such as delays, input saturation, dead-zone inputs, and slow output sensors. Consequently, the primary aim of this thesis is to operationalize the higher-order derivative extremum seeking approach in practical applications, with the potential for generalization to Newton-based methods. The higher-order derivative extremum seeking approach is an extremum seeking method that beyond simply identifying the extremum, this approach is capable of performing maximization/minimization of different degrees of the derivative of the map. The Newton-based extremum seeking control is designed to ensure that the convergence rate is independent of the unknown Hessian value. In the subsequent aim, by designing proposed methods, the application of extremum seeking control for controlling superheated temperature in supermarket cooling systems becomes feasible.Initially, the higher-order derivative extremum seeking method has been designed in the presence of the saturated input. By designing the anti-windup loop based on a specific class of functions known as penalty functions, the windup phenomenon caused by saturated input is compensated. The stability analysis of the proposed method employs a recently developed averaging analysis technique for singularly perturbed systems, establishing the closeness of solutions for these systems. In the next section of the thesis, which includes two proposed designs, the presence of input and output dynamics in the specified Wiener-Hammerstein structure is examined. Since the methods studied related to the classical gradient-based extremum seeking cannot be directly applied to higher-order derivative extremum seeking, a method is proposed that compensates for the effect of the unknown input dynamics by designing a compensator based on to the target derivative orders and the relative degree of the input dynamics. In this method, the only necessary information about the input dynamics is its relative degree, and stability is proven under conditions where a proportional-derivative controller is present in the adaptation section to enhance system performance. The other design introduces a new structure for extremum seeking in the presence of very slow output sensors or conditions where the sensor experiences drift, ensuring stability.

محسن مجيري فروشاني

روزبه ايزدي زمان آبادي , ايمان ايزدي نجف آبادي

جعفر قيصري , جواد عسگري مارناني , محمد عطايي