شماره راهنما :
2168 دكتري
پديد آورنده :
اعرابي، الهام
عنوان :
كنترل تطبيقي سيستم هاي خطي و تغييرناپذير با زمان با عملگر موج
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
سيزده، 98ص.: مصور، جدول، نمودار.
توصيفگر ها :
نوسانات ترموآكوستيك , لوله رايكه , نوسانات كابل , بالابر معدن , معادلات ديفرانسيل پاره اي , روش پسگام ابعاد نامتناهي , كنترل تطبيقي
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/11/24
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/11/28
چكيده فارسي :
طراحي كنترلكننده براي سيستمهاي مدل شده با اتصال معادلات ديفرانسيل پارهاي و معادلات ديفرانسيل معمولي در دو دهه اخير مورد توجه قرار گرفته است. اين معادلات بهصورت فيدبك صريح و يا فيدبك غيرصريح و در دامنه تعريفهاي ثابت و يا متغير با زمان به يكديگر متصل شدهاند. در اين رساله، كنترل مرزي اتصال معادله ديفرانسيل موج با معادله ديفرانسيل معمولي در دو كاربرد بررسي شده است. يكي از كاربردهاي اين دسته از معادلات، مدلسازي نوسانات ترموآكوستيك در لوله رايكه است. اين سيستم از اتصال فيدبك غيرصريح يك معادله موج غيرهمگن چشمه نقطهاي با يك معادله ديفرانسيل معمولي در دامنه ثابت
تشكيل شده است. اتصال فيدبك غيرصريح و وجود تابع ضربه در مدل سيستم، طراحي كنترلكننده را با چالش روبرو كرده است. در سالهاي اخير با فرض معلوم بودن پارامترها
طراحي قانون كنترل فيدبك حالت مبتني بر روش پسگام ابعاد نامتناهي براي مدل خطي لوله رايكه انجام شده است؛ طرح ارائه شده براي پايدارسازي نوسانات ترموآكوستيك در حضور نامعينيهاي پارامتري كارآمد نيست. در كاربرد ديگر، مدلسازي نوسانات در بالابرهاي دو كابلي معدن مورد بررسي قرار گرفته است. اين سيستم از اتصال فيدبك صريح دو معادله موج با دستگاه معادلات ديفرانسيل معمولي در دامنه متغير با زمان تشكيل شده است. وجود دو معادله موج با دامنه تعريف متغير با زمان در مدل سيستم از چالشهاي طراحي كنترلكننده در اين كاربرد است. اخيراً با فرض معلوم بودن پارامترها طراحي قانون كنترل فيدبك خروجي مبتني بر روش پسگام ابعاد نامتناهي انجام شده است. ايده اصلي روش پسگام ابعاد نامتناهي، معرفي يك تبديل انتگرالي وارونپذير به همراه قانون كنترل است كه سيستم ناپايدار را به يك سيستم هدف پايدار با مشخصات مطلوب تبديل كند. در اين رساله، ابتدا كنترلكننده تطبيقي براي پايدارسازي نوسانات ترموآكوستيك در لوله رايكه طراحي شده است. طرح پيشنهادي با در نظر گرفتن پارامترهاي نامعين متداول در كاربردهاي عملي مانند ثابت زماني انتشار گرما، دماي سيمپيچ و سرعت گاز در نقطه تعادل ارائه شده است. در طرح پيشنهادي بهمنظور ارائه قوانين تنظيم، شناساگر تطبيقي مناسب پيشنهاد شده است كه در آن خروجي شناساگر بهصورت خطي به پارامترهاي مجهول وابسته است و پارامترهاي نامعلوم مبتني بر الگوريتم گراديان نزولي نرمال شده تخمين زده شدهاند.
قانون كنترل با جايگذاري خروجي شناساگر و مقادير تخميني پارامترها در قانون كنترل بدون نامعيني بدست آورده شده است. كنترل كننده پيشنهادي بگونهاي بازنويسي شده است كه نياز به اندازهگيري تمام حالتهاي توزيع شده در طول لوله نيست.
با ارائه قضيه پايداري سيستم حلقه بسته اثبات شده است.
عملكرد طرح پيشنهادي با مثال شبيهسازي كامپيوتري بررسي شده است.
در ادامه، كنترلكننده تطبيقي فيدبك خروجي مبتني بر رويتگر براي پايدارسازي نوسانات در بالابرهاي دو كابلي معدن با دامنه متغير با زمان طراحي شده است. كنترلكننده با نامعلوم در نظر گرفتن ضريب ميرايي محور كابين و ضريب ميرايي حركت گردش و در حضور اختلال سينوسي با دامنه نامعلوم طراحي شده است. وجود اين نامعينيها در مرزي غير از مرز ورودي كنترل، طراحي كنترلكننده را با چالش مواجه كرده است. قانون كنترل مبتني بر نمايش معادلات موج به فرم معادلات ديفرانسيل پارهاي انتقال و با روش پسگام ابعاد نامتناهي، و قوانين تنظيم پارامترها در روند اثبات پايداري بدست آمده است.
با ارائه قضيه، همگرايي مجانبي به صفر حالت معادله ديفرانسيل معمولي و كرانداري حالتهاي معادلات ديفرانسيل پارهاي با نرم مناسب اثبات شده است.
عملكرد طرح پيشنهادي با مثال شبيهسازي كامپيوتري بررسي شده است.
چكيده انگليسي :
In the past decade, the infinite-dimensional backstepping method has been verified as a powerful tool for designing boundary controllers for partial differential equations (PDEs) coupled with ordinary differential equations (ODEs) systems. With the backstepping approach, the control gains are explicitly parametrized which allows us to make a major leap forward methodologically and to design adaptive controllers.
The literature considers systems with a strict-feedback structure, i.e., ODE and PDE systems are cascaded at the boundary, or non-strict-feedback structure. Moreover, the works consider ODE to be stabilized through compensating PDEs on a fixed domain, or a time-varying domain in the actuating path. This thesis investigates adaptive schemes for the boundary stabilization of the systems characterized by the wave PDE-ODE model in two applications.
In the first application, we propose an adaptive scheme for the boundary stabilization of thermoacoustic
instability in the Rijke tube system using the backstepping method. The mathematical model of the system
is characterized by a linear first-order 2*2 partial differential equation that
behaves like a wave equation coupled with a first-order
ordinary differential equation in a non-strict-feedback form.
Recently, a full state feedback controller
has been developed to stabilize the system, assuming that the parameters of the model are known. We
take into account the most common uncertain parameters which result in the coefficients of the first-order
ODE system being unknown parameters. The technique of adaptive identifier is then used along with the
normalized gradient algorithm to achieve the parameter update laws. The adaptive control law is obtained
by replacing the output of the identifier and estimated parameters in the non-adaptive state feedback control
law. The adaptive control law is then manipulated such that it uses a few measurements of the PDE states.
According to the stability analysis of the system, the proposed controller guarantees that all closed-loop
system states are bounded, while the ODE-PDE system states are convergent to zero. The performance of the
proposed scheme is evaluated by the simulation examples.
In the second application, we propose an adaptive output-feedback boundary control approach based on an observer to stabilize the vibration of a dual-cable mining elevator that is used to transport heavy loads to considerable depths. The elevator's vibration dynamics are described by two pairs of 2*2 heterodirectional coupled hyperbolic partial differential equations (PDEs) on a time-varying domain, which are coupled with a first-order ordinary differential equation (ODE) in uncontrolled boundaries. To develop the control design, we take into account the fact that the system is subjected to sinusoidal disturbances with unknown amplitudes appearing at the ODE, and the damping coefficients of the system are also unknown, resulting in the existence of unknown parameters in the state matrix of the ODE. Using the infinite-dimensional backstepping method and performing a Lyapunov analysis, the control input and update laws are derived to ensure the asymptotic convergence to zero of the ODE state and the boundedness of the PDE states.
A numerical simulation is presented to
support the theoretical results.
استاد راهنما :
محسن مجيري فروشاني
استاد مشاور :
محمدعلي قديري مدرس
استاد داور :
فريد شيخ الاسلام , مرضيه كمالي