سامانه ‏های غیرخطی در مهندسی برق

سامانه ‏های غیرخطی در مهندسی برق

طراحی کنترل کننده غیرخطی به منظور پایدارسازی زمان محدود سیستم تعلیق الکترومغناطیسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات
چکیده
فن­آوری تعلیق الکترومغناطیسی به دلیل مزایایی از قبیل عدم تماس و کاهش اصطکاک در سال­های اخیر توسعه یافته است. البته تضمین کارایی در این سامانه­ها نیازمند کنترل دقیق موقعیت جسم معلق است. از­این­رو سیستم تعلیق الکترومغناطیسی به عنوان یک فرآیند، مد نظر مهندسین کنترل قرار گرفته است. دینامیک حاکم بر سیستم­های تعلیق الکترومغناطیسی غیرخطی بوده و همچنین شامل نامعینی­هایی در مدل و عدم قطعیت پارامتری از جمله وزن جسم معلق می­باشد. در سالهای اخیر کنترل زمان محدود برای سیستم­های غیرخطی پیشنهاد شده که علاوه بر تضمین همگرایی خطا در مدت زمان محدود، مقاومت بیشتری در مقابل نامعینی­های احتمالی دارد. از این رو در این مقاله از یک روش ترکیبی غیرخطی زمان محدود به منظور پایدارسازی سیستم تعلیق الکترومغناطیسی استفاده شده است. اثبات پایداری زمان محدود روش پیشنهادی مشابه با روش پسگام با استفاده از تئوری­ لیاپانوف انجام شده با این تفاوت که در هر گام طراحی از شرط پایداری زمان محدود استفاده گردیده است. در روش پیشنهادی رابطه­ای برای محاسبه زمان همگرایی خطا وابسته به شرایط اولیه حالت­ها و بهره­های کنترل کننده ارایه گردیده است. کنترل­کننده طراحی شده در این مقاله با روش­های غیرخطی فیدبک خطی­ساز، گام به عقب و مد لغزشی مقایسه گردیده و نشان داده شده است که روش پیشنهادی به ازای تلاش کنترلی کمتر قادر است در مدت زمان کوتاه­تری خطای ردیابی را همگرا کند
کلیدواژه‌ها

[1] V. Behnamgol, A.R. Vali and A. Mohammadi, “Finite Time Guidance Law to Intercept Desired LOS Angle Using NTSM Control”, Journal of Space Science and Technology, Vol. 11/ No. 2/ Summer 2018. [ 2 ] رضازاده الهه، پورمحمود آقابابا محمد، علی اصغری مرتضی. طراحی کنترل کننده تحمل پذیر عیب برای سیستم های سوئیچ
شونده غیرخطی کانونیکال در حضور عیب محرک و ورودی غیرخطی ناحیه مرده. سامانه های غیر خطی در مهندسی برق.
1400 ; 8 ( 1 : ) 77-98
[3] X. Li, D. W. C. Ho, J. Cao, “Finite-time stability and settling-time estimation of nonlinear impulsive systems”, Automatica, Vol. 99, 2019.
[4] L. Fang, L. Ma, S. Ding, D. Zhao, “Finite-time stabilization for a class of high-order stochastic nonlinear systems with an output constraint”, Applied Mathematics and Computation, Vol. 358, 2019.
[5] X. Xie, G. Li, “Finite time output feedback stabilization of high order nonholonomic systems”. Int J Robust Nonlinear Control, Vol. 29, 2019.
[6] U. Pérez-Ventura, L. Fridman, “Chattering Comparison Between Continuous and Discontinuous Sliding-Mode Controllers”, Studies in Systems, Decision and Control, Vol 271, Springer, 2020.
[7] V. Behnamgol, A. R. Vali, and A. Mohammadi, "A new adaptive finite time nonlinear guidance law to intercept maneuvering targets, Aerospace Science and Technology, vol. 68, pp. 416-421, Sep. 2017.
[8] M. Ouzahra, Finite-time control for the bilinear heat equation, European Journal of Control, Volume 57, 2021, Pages 284-293,
[9] Zhou Z, Tang G, Xu R, Han L, Cheng M. A Novel Continuous Nonsingular Finite–Time Control for Underwater Robot Manipulators. Journal of Marine Science and Engineering. 2021; 9(3):269.
[10] Liang, Q, Yang, Q, Meng, W, Li, Y. Adaptive finite-time control for turbo-generator of power systems with prescribed performance. Asian J Control. 2021; 1– 12. https://doi.org/10.1002/asjc.2553 [ 11 ] غفاری ولی اله. تحلیل پایداری و طراحی قانون هدایت پایدار در زمان محدود با در نظر گرفتن نویز اندازه گیری در حلقه هدایت
. سامانه های غیر خطی در مهندسی برق. 1396 ; 4 ( 1 : ) 110 - 97
[12] Y. Qina, H. Penga, W. Ruana, J. Wua, J. Gao, “A modeling and control approach to magnetic levitation system based on state-dependent ARX model”, Journal of Process Control, Vol. 24, No. 1, 2014, pp. 93-112.
[13] X. Su, X. Yang, P. Shi, L. Wu, “Fuzzy control of nonlinear electromagnetic suspension systems”, Mechatronics, Vol. 24, No. 1, 2014, pp. 328-335.
[14] M. H. A. Yaseen, “A comparative study of stabilizing control of a planer electromagnetic levitation using PID and LQR controllers”, Results in Physics, Vol. 7, 2017.
[15] K. Anurag and S. Kamlu, "Design of LQR-PID controller for linearized magnetic levitation system," 2018 2nd International Conference on Inventive Systems and Control (ICISC), Coimbatore, 2018.
[16] M. H. A. Yaseen, “Investigation on planar electromagnetic levitation system using lead compensation and LQR controllers”, Electr Eng, Vol. 102, 2020.
[17] Y. Xiaozhan, Zh. Zhong, Z. Yi, W. Ligang, “Optimal H∞ Control for Electromagnetic Suspension Systems with Finite Frequency Specifications”, Proceedings of the 33rd Chinese Control Conference, July 28-30, 2014, Nanjing, China.
[18] Banerjee. S., Prasad. D., and Pal. J., “Large gap control in electromagnetic levitation”, ISA, The Instrumentation, Systems, and Automation Society, Vol. 45, No. 2, pp 215–224, April 2006.
[19] J. He and Y. Jia, “Adaptive Sliding Mode Control for Magnetic Levitation Vehicles”, Journal of Robotics, Networking and Artificial Life, Vol. 1, No. 2, 2014, pp. 169-173.
[20] A. Kole, “Design and stability analysis of adaptive fuzzy feedback controller for nonlinear systems by Takagi–Sugeno model-based adaptation scheme”, Soft Comput, Vol. 19, 2015, pp. 1747-1763.
[21] W. Q. Zhang, J. Li, K. Zhang, and P. Cui, “Measurement and Control of Magnetic Flux Signal in a Magleb System”, Asian Journal of Control, Vol. 17, No. 1, 2015, pp. 165-175.
[22] P. Leng, Y. Li, D. Zhou, J. Li and S. Zhou, "Decoupling Control of Maglev Train Based on Feedback Linearization," IEEE Access, Vol. 7, 2019.
[23] P. H. da Rocha, H. C. Ferreira, M. C. Porsch, R. M. Sales, “Fixed-point DSP implementation of nonlinear H controller for large gap electromagnetic suspension system”, Control Engineering Practice, Vol. 17, 2009, pp. 1148-1156.
[24] AL-Muthairi. F., and Zribi. M., “Sliding mode control of a magnetic levitation system”, Hindawi Publishing Corporation Mathematical blems in Engineering, pp.93–107, 2004.
[25] J. Xu, Y. Sun, D. Gao, W. Ma, S. Luo and Q. Qian, "Dynamic Modeling and Adaptive Sliding Mode Control for a Maglev Train System Based on a Magnetic Flux Observer," in IEEE Access, vol. 6, pp. 31571-31579, 2018, doi: 10.1109/ACCESS.2018.2836348.
[26] Y. G. Hong, Finite Time Stabilization and Stability of a Class of Controllable Systems, Systems and Control Letters, Vol. 46, 2002..
[27] Sanjay P. Bhat and Dennis S. Bernstein, Continuous Finite-Time Stabilization of the Translational and Rotational Double Integrators, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 43, 1998.
[28] S. P. Bhat and D.S. Bernstein. Finite time stability of continuous autonomous systems. SIAM J. Control Optim, Vol. 38, 2000.

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