تحقیق سيستمهای سوئيچينگ و انواع روشهای كنترل آنها

توضیحات

تحقیق سيستمهای سوئيچينگ و انواع روشهای كنترل آنها

مقدمه:

بسیاری از سیستم های موجود در عمل شامل تعاملی بین دینامیک پیوسته و رویدادهای گسسته است. سیستم هایی که در این دو نوع دینامیک تعامل دارند، معمولا ترکیبی نامیده می شوند. به عنوان مثال، پدیده های زیر موجب رفتار هیبریدی می شود: یک شیر یا سوئیچ قدرت منجر به باز و بسته شدن و یک ترموستات انتقال گرما را روشن و خاموش می کند. سلول های بیولوژیک رشد و تقسیم میشوند؛ یک سرور بین بافر ها در یک شبکه تغییر می کند؛ ورود عبور و خروج یک هواپیما از منطقه کنترل ترافیک ؛ دینامیک یک ماشین به طور ناگهانی به علت قفل کردن چرخ بر روی یخ، تغییر می کند. سیستم های ترکیبی یک موضوع نسبتا جدید و بسیار فعال در تحقیقات اخیر را تشکیل می دهند. این نوع سیستم ها چالش های نظری برجسته ای دارند و در بسیاری از مسائل دنیای واقعی مهم هستند. با توجه به ماهیت ذاتا بین رشته ای آن، میدان توجه افراد با زمینه های متنوع را به خود اختصاص داده است، به ویژه دانشمندان کامپیوتر، ریاضیدانان و مهندسین.

محققان با زمینه سیستم های پیوسته زمانی و نظریه کنترل در درجه اول به خواص دینامیک پیوسته، مانند پایداری لیاپانوف[1] توجه می کنند. از سوی دیگر، بررسی دقیق رفتار گسسته معمولا به خودی خود یک هدف نیست. در واقع، به جای برخورد با خصوصیات دینامیکی گسسته، اغلب توصیف و تجزیه و تحلیل یک طبقه کلی تر از سیستم هایی است که شناخته شده است که شامل یک مدل خاص از علاقه است. این مهم با در نظر گرفتن سیستم های پیوسته با رفتار سوئیچینگ گسسته از یک کلاس خاص انجام می شود. چنین سیستمی سیستم های سوئیچینگ نامیده می شود و می تواند به عنوان انتصابات سطح بالاتر از سیستم های هیبریدی مورد توجه قرار گیرد.

در انجام این تحقیق حاضر در واقع گزارشی از سیستم های ترکیبی نیست بلکه تحقیقی در مورد سیستم های سوئیچینگ نوشته شده از منظر کنترلی است. به طور خاص، خواننده تعریف رسمی سیستم ترکیبی را در این مطلب پیدا نخواهد کرد. تاکید مطالب بر فرمولاسیون و کنترل مشکلات طراحی و نه مطالعه مدلهای کلی سیستمهای هیبریدی است. به طور خاص، ابزارهای نظری سیستم ها برای تجزیه و تحلیل و ترکیب سیستم هایی که رفتار سوئیچینگ کاملا غیر منتظره را نشان می دهند مورد استفاده قرار می گیرند و در نتیجه از نظریه کنترل سنتی خارج می شوند.

در قسمت اول این تحقیق به بررسی مفهومی سیستم های هیبرید و پدیده سوئیچینگ پرداخته شده است. در مفهوم سوئیچینگ به بیان دو دسته بندی کلی وابسته به متغیر حالت در مقابل وابسته به زمان و کنترل شده در مقابل کنترل نشده پرداخته شده است. البته باید توجه داشت که در واقع تمایز رسمی قائل شدن بین سوئیچینگ وابسته به حالت و وابسته به زمان، دشوار است.

در قسمت بعد به ارائه راه حل هایی برای کنترل این رفتار یعنی سوئیچینگ پرداخته شده است. در واقع با معرفی رفتار ها و انواع مختلف سوئیچینگ در مورد راه حل آن ها بحث شده است.

• سیستم ترکیبی و سوئیچینگ

سیستم های دینامیکی که توسط یک تعامل بین سیستم های گسسته و پیوسته دینامیکی تعریف می شنود، سیستم های ترکیبی[2] نامیده می شوند. دینامیک پیوسته معمولا با یک سیستم زمان پیوسته کنترلی مانند  ارائه می شوند که در آن  متغیر های حالت سیستم و  ورودی های سیستم هستند.

به عنوان مثالی از دینامیک گسسته، می توان یک دستگاه اتوماتیک با متغیر های حالت محدود q را در نظر گرفت که q زیر مجموعه ای از مجموعه Q می باشد، به نحوی که انتقال بین حالت های گسسته مختلف بوسیله مقادیر مناسب یک متغیر ورودی v انجام می شود. در حالیکه u که ورودی به دینامیک پیوسته چندین تابع از حالت های گسسته q و بطور مشابه، مقدار ورودی v به دینامیک گسسته توسط مقدار حالت پیوسته x تعریف می شود، یک سیستم ترکیبی بوجود می آید. (نگاه کنید به شکل 1).

[1] Lyapunov

[2] Hybrid systems

فهرست مطالب:

مراجع:

1. Singh, S., Azar, A.T., Ouannas, A., Zhu, Q., Zhang, W. and Na, J., 2017, July. Sliding mode control technique for multi-switching synchronization of chaotic systems. In Modelling, Identification and Control (ICMIC), 2017 9th International Conference on(pp. 880-885). IEEE.
2. Liberzon, D., 2012. Switching in systems and control. Springer Science & Business Media.
3. Hybrid models for motion control systems. In H. Ttentelman and J. C. Willems, editors, Essays on Control: Perspectives in the Theory and Its Applications, pages 29-53. Birkhiiuser, Boston, 1993.
4. Nerode and W. Kohn. Models for hybrid systems: automata, topologies, controllability, observability. In R. I. Grossman et aI., editors, Hybrid Systems, volume 736 of Lecture Notes in Computer Science, pages 297-316. Springer, Berlin, 1993.
5. Xie, C. Wen, and Z. Li. Input-to-state stabilization of switched nonlinear systems. IEEE Trans. Automat. Control, 46:1111 1116, 2001.
6. Zefran and J. W. Burdick. Design of switching controllers for systems with changing dynamics. In Proc. 37th IEEE Conf. on Decision and Control, pages 2113-2118, 1998.
7. Davrazos, N.T. Koussoulas, 2001. A review of stability results for switched and hybrid systems, in: Proc. of 9th Mediterranean Conference on Control and Automation.
8. Bacciotti, L. Mazzi, Stabilisability of nonlinear systems by means of time-dependent switching rules, Internat. J. Control 83 (4) (2010) 810–815.
9. L. Mancilla-Aguilar, R.A. García, Some results on the stabilization of switched systems, Automatica 49 (2) (2013) 441–447.
10. Wicks, P. Peleties, R. DeCarlo, Switched controller synthesis for the quadratic stabilization of a pair of unstable linear systems, Eur. J. Control 4 (2) (1998) 140–147.
11. Liu, X. Liu, W.-C. Xie, On the (h0,h)-stabilization of switched nonlinear systems via state-dependent switching rule, Appl. Math. Comput. 217 (5) (2010) 2067–2083.
12. Kim, S.A. Campbell, X. Liu, Stability of a class of linear switching systems with time delay, IEEE Trans. Circuits Syst. I. Regul. Pap. 53 (2) (2006) 384–393.
13. Amato, C. Cosentino, A. Merola, Sufficient conditions for finite-time stability and stabilization of nonlinear quadratic systems, IEEE Trans. Automat.Control 55 (2) (2010) 430–434.
14. Stechlinski, X. Liu, Stabilization of impulsive systems via open-loop switched control, Springer Proceedings in Mathematics & Statistics: Interdisciplinary Topics in Applied Mathematics, Modeling and Computational Science, Vol. 117, 2015, pp. 425–431.
15. Wang, X. Liu, Stability criteria of a class of nonlinear impulsive switching systems with time-varying delays, J. Franklin Inst. B 349 (3) (2012) 1030–1047.
16. Liu, P. Stechlinski, Hybrid stabilization and synchronization of nonlinear systems with unbounded delays, Appl. Math. Model. 280 (2016) 140–161.
17. Zong, R. Wang, W.X. Zheng, L. Hou, Finite-time stabilization for a class of switched time-delay systems under asynchronous switching, Appl. Math. Comput. 219 (11) (2013) 5757–5771.
18. L. Mancilla-Aguilar, R.A. García, Some results on the stabilization of switched systems, Automatica 49 (2) (2013) 441–447.
19. Xiao, L. and Yu, M., 2014. On finite-time feedback control for switched discrete-time systems under fast and slow switching. Discrete Dynamics in Nature and Society, 2014.
20. Li, Y., Sui, S. and Tong, S., 2017. Adaptive fuzzy control design for stochastic nonlinear switched systems with arbitrary switchings and unmodeled dynamics. IEEE transactions on cybernetics, 47(2), pp.403-414.
21. Su, X., Liu, X., Shi, P. and Yang, R., 2017. Sliding mode control of discrete-time switched systems with repeated scalar nonlinearities. IEEE Transactions on Automatic Control, 62(9), pp.4604-4610.
22. Li, Y., Tong, S., Liu, L. and Feng, G., 2017. Adaptive output-feedback control design with prescribed performance for switched nonlinear systems. Automatica, 80, pp.225-231.
23. Liu, X. and Stechlinski, P., 2018. Switching and impulsive control algorithms for nonlinear hybrid dynamical systems. Nonlinear Analysis: Hybrid Systems, 27, pp.307-322.

توجه:

لینک دانلود فایل تحقیق سيستمهای سوئيچينگ و انواع روشهای كنترل آنها بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.