سامانه ‏های غیرخطی در مهندسی برق

سامانه ‏های غیرخطی در مهندسی برق

طراحی کنترل کننده تحمل پذیر عیب برای سیستم های سوئیچ شونده غیرخطی کانونیکال در حضور عیب محرک و ورودی غیرخطی ناحیه مرده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استاد، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی ارومیه، ارومیه، ایران
2 دانشگاه صنعتی ارومیه
چکیده
سیستم ­های سوئیچینگ به دلیل نیاز روزافزون علوم کنترل به ارائه یک مدل دقیق و یکپارچه از ساختارهای طبیعی و عملی، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. از طرفی، چند مدلی بودن ذاتی بسیاری از سیستم­ های عملی بر اهمیت بررسی این نوع از سیستم­ ها افزوده است. در این پژوهش، مساله کنترل تطبیقی تحمل­ پذیر عیب زمان محدود یک دسته از سیستم­ های سوئیچینگ غیرخطی در حضور عیب محرک، اغتشاشات خارجی و ورودی غیرخطی ناحیه مرده مورد بررسی قرار گرفته است. کران ترم­ های نامعین سیستم، نامعلوم فرض شده و برای حذف اثرات مخرب این ترم­ ها بر روی پاسخ سیستم از قوانین تطبیقی استفاده شده است. زیرسیستم­ های سیستم سوئیچینگ به عنوان سیستم­ های غیرخطی با ساختار کانونیکال در نظر گرفته شده­ اند. در این پژوهش هیچ­گونه فرض محدود­کننده­ ای بر منطق سوئیچ سیستم اعمال نشده است. بنابراین هدف، پیشنهاد یک کنترل­ کننده ­ای است که تحت هر سیگنال سوئیچ دلخواه کار کرده و بتواند بر عیب محرک، اغتشاشات و ورودی غیرخطی ناحیه مرده غلبه کند. برای تحقق این منظور، پس از ارائه یک خمینه لغزشی هموار، یک ورودی کنترل به­ گونه­ ای توسعه یافته است که مسیرهای سیستم در یک زمان محدود به دینامیک مد لغزشی مقرر برسند. در نهایت با استفاده از تئوری پایداری لیاپانوف اثبات شده است که مبدا، نقطه تعادل پایدار زمان محدود سیستم حلقه بسته کلی است. نتایج شبیه­ سازی ارائه شده توسط نرم ­افزار MATLAB، کارایی کنترل ­کننده پیشنهادی را نشان می­دهد.
کلیدواژه‌ها

[1] K. El Rifai and K. Youcef-Toumi, “Robust adaptive control of a class of switched systems,” in
2008 American Control Conference, 2008, pp. 3695–3700.
[2] A. Bacciotti, “A discussion about stabilizing periodic and near-periodic switching signals,”
Citeseer, L. M. of the 8th I. symposium on nonlinear, and undefined 2010.
[3] D. Liberzon, Switching in systems and control. Birkhauser, 2003.
[4] L. Ma, Z. Wang, Y. Liu, and F. E. Alsaadi, “Exponential stabilization of nonlinear switched
systems with distributed time-delay: An average dwell time approach,” Eur. J. Control, vol. 37,
pp. 34–42, Sep. 2017.
[5] X. Wang and G.-H. Yang, “Distributed fault-tolerant control for a class of cooperative uncertain
systems with actuator failures and switching topologies,” Inf. Sci. (Ny)., vol. 370–371, pp. 650–
666, Nov. 2016.
[6] S. W. Lee and S. J. Yoo, “Robust fault-tolerant prescribed performance tracking for uncertain
switched pure-feedback nonlinear systems under arbitrary switching,” Int. J. Syst. Sci., vol. 48, no.
3, pp. 578–586, Feb. 2017.
[7] J. Lian, J. Zhao, and G. M. Dimirovski, “Integral Sliding Mode Control for a Class of Uncertain
Switched Nonlinear Systems,” Eur. J. Control, vol. 16, no. 1, pp. 16–22, Jan. 2010.
[8] Y. Hou, S. Tong, and Y. Li, “Adaptive fuzzy backstepping control for a class of switched nonlinear
systems with actuator faults,” Int. J. Syst. Sci., vol. 47, no. 15, pp. 3581–3590, Nov. 2016.
[9] Y. Liu and Y. Niu, “Robust H∞ control for discrete switched systems with random sensor and
actuator faults,” Int. J. Control. Autom. Syst., vol. 15, no. 6, pp. 2660–2668, Dec. 2017.
[10] M.-L. Chiang and L.-C. Fu, “Adaptive stabilization of a class of uncertain switched nonlinear
systems with backstepping control,” Automatica, vol. 50, no. 8, pp. 2128–2135, Aug. 2014.
[11] L. Yu, S. Fei, and G. Yang, “A Neural Network Approach for Tracking Control of Uncertain
Switched Nonlinear Systems with Unknown Dead-Zone Input,” Circuits, Syst. Signal Process.,
vol. 34, no. 8, pp. 2695–2710, Aug. 2015.
[12] L. Tang and J. Zhao, “Adaptive tracking control for discrete-time switched nonlinear systems with
dead-zone inputs,” Fuzzy Sets Syst., Jul. 2017.
[13] S. P. Bhat and D. S. Bernstein, “Finite-Time Stability of Continuous Autonomous Systems,” SIAM
J. Control Optim., vol. 38, no. 3, pp. 751–766, Jan. 2000.
[14] N. T. Thanh, P. Niamsup, and V. N. Phat, “Finite-time stability of singular nonlinear switched timedelay
systems: A singular value decomposition approach,” J. Franklin Inst., vol. 354, no. 8, pp.
3502–3518, May 2017.
[15] F. Wang, X. Zhang, B. Chen, C. Lin, X. Li, and J. Zhang, “Adaptive finite-time tracking control of
switched nonlinear systems,” Inf. Sci. (Ny)., vol. 421, pp. 126–135, Dec. 2017.
[16] Q. Su, X. Jia, and H. Liu, “Finite-time stabilization of a class of cascade nonlinear switched systems
under state-dependent switching,” Appl. Math. Comput., vol. 289, pp. 172–180, Oct. 2016.
[17] J. Mao, Z. Xiang, and S. Huang, “Adaptive finite-time tracking control for a class of switched
nonlinear systems with unmodeled dynamics,” Neurocomputing, vol. 196, pp. 42–52, Jul. 2016.
[18] H. Ren, G. Zong, L. Hou, and Y. Yang, “Finite-time resilient decentralized control for
interconnected impulsive switched systems with neutral delay,” ISA Trans., vol. 67, pp. 19–29,
Mar. 2017.
[19] Y. Qi, X. Xu, S. Lu, and Y. Yu, “A waiting time based discrete event-triggered control for
networked switched systems with actuator saturation,” Nonlinear Anal. Hybrid Syst., vol. 37, p.
100904, Aug. 2020.
[20] L. Zhang and B. Wu, “Stabilization analysis of actuator saturated switched systems with timevarying
delays under observer-based event-triggered sampling control,” in Chinese Control
Conference, CCC, 2020, vol. 2020–July, pp. 886–893.
[21] A. Moradvandi, S. A. Malek, and M. Shahrokhi, “Adaptive finite-time fault-tolerant controller for
a class of uncertain MIMO nonlinear switched systems subject to output constraints and unknown
input nonlinearities,” Nonlinear Anal. Hybrid Syst., vol. 35, p. 100821, Feb. 2020.
[22] L. Zhang, B. Wu, and L. Liu, “Finite-time H dynamic quantization inputs control for uncertain
switched systems,” Trans. Inst. Meas. Control, p. 14233122093342, Jul. 2020.
[23] M. P. Aghababa, “Adaptive control for electromechanical systems considering dead-zone
phenomenon,” Nonlinear Dyn., vol. 75, no. 1–2, pp. 157–174, Jan. 2014.
[24] A. L’afflitto, “Finite-time partial stability, stabilization, semistabilization, and optimal feedback
control,” Apr. 2015.
[25] M. Fliess, “Generalized controller canonical form for linear and nonlinear dynamics,” IEEE Trans.
Automat. Contr., vol. 35, no. 9, pp. 994–1001, 1990.
[26] W. He, T. Meng, D. Huang, and X. Li, “Adaptive Boundary Iterative Learning Control for an
Euler–Bernoulli Beam System With Input Constraint,” IEEE Trans. Neural Networks Learn. Syst.,
vol. 29, no. 5, pp. 1539–1549, May 2018.
[27] S. P. Bhat and D. S. Bernstein, “Geometric homogeneity with applications to finite-time stability,”
Math. Control. Signals, Syst., vol. 17, no. 2, pp. 101–127, Jun. 2005.
[28] M. P. Aghababa, “Finite time control of a class of nonlinear switched systems in spite of unknown
parameters and input saturation,” Nonlinear Anal. Hybrid Syst., vol. 31, pp. 220–232, Feb. 2019.
[29] A. Mohammadzadeh, O. Kaynak, and M. Teshnehlab, “Two-mode Indirect Adaptive Control
Approach for the Synchronization of Uncertain Chaotic Systems by the Use of a Hierarchical
Interval Type-2 Fuzzy Neural Network,” IEEE Trans. Fuzzy Syst., vol. 22, no. 5, pp. 1301–1312,
Oct. 2014.

  • تاریخ دریافت 21 تیر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 21 تیر 1404
  • تاریخ انتشار 01 فروردین 1400