طراحی کنترل‌کننده‌ی پس‌خورد خروجی با کلیدزنی نرم برای سیستم‌های پارامتر متغیر خطی نامعین کلیدزن

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 استادیار، مهندسی برق، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

3 استادیار مهندسی برق، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله‏‌، رویکردی جدید به منظور طراحی کنترل‌کننده‌ی جدول‌بندی پس‌خورد خروجی دینامیکی مرتبه کامل برای سیستم‌های پارامتر متغیر خطی نامعین کلیدزن ارائه می‌شود. ماتریس‌های فضای حالت سیستم حلقه‌باز کلیدزن به پارامترهای جدول‌بندی و نامعینی متغیر با زمان وابسته هستند. منطق کلیدزنی هیسترزیس وابسته به پارامترهای جدول‌بندی در طراحی کنترل‌کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد. ابتدا طراحی کنترل‌کننده‌ی کلیدزن مورد بررسی قرار گرفته است به گونه‌ای که علاوه بر تضمین پایداری، کمترین مقدار بهره‌ی L2 خروجی عملکردی را برای سیستم حلقه‌بسته‌ی نامعین کلیدزن رقم می‌زند. اما در روش معمول طراحی کلیدزن، جهش‌های سیگنال کنترلی در لحظات کلیدزنی از دیدگاه عملی مطلوب و قابل قبول نیست. بر همین اساس، در ادامه طراحی سیستم کنترل کلیدزن مقاوم به کمک رویکرد کلیدزنی نرم (هموار) انجام شده است. در مقایسه با رویکردهای پیشین، به کمک خانواده‌ای مستقل از ماتریس‌های لیاپانوف و متغیرهای کمکی، انجام کلیدزنی نرم در کنترل‌کننده با بهبود عملکرد همراه است. طراحی به صورت بهینه‌ساز‌ی نامساوی‌های وابسته به پارامتر خطی با ارائه‌ی یک فرایند بازگشتی انجام می‌شود. سرانجام روش فوق در طراحی کنترل‌کننده‌ی سیستم مکانیکی غیرخطی مشهور یک آونگ معکوس بر ارابه مورد استفاده قرار گرفته است. بررسی و ارزیابی نتایج این طراحی، مزیت‌های رویکرد کنترلی پیشنهادی در این مقاله را تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها


[1] Hoffmann C, Werner H (2015) A survey of linear parameter-varying control applications validated by experiments or high-fidelity simulations. IEEE T Contr Syst T 23: 416-433.
[2] Peixoto MLC, Coutinho PHS and Palhares RM (2021) Improved robust gain-scheduling static output-feedback control for discrete-time LPV systems. Eur J Control 58: 11-16.
[3] Sereni B, Assuncao E, Teixeira MCM (2020) New gain-scheduled static output feedback controller design strategy for stability and transient performance of LPV systems. IET Control Theory A 14: 717-725.
[4] Apkarian P, Adams RJ (1998) Advanced gain-scheduling techniques for uncertain systems. IEEE T Contr Syst T 6(1): 21-32.
[5] De Caigny J, Camino JF, Oliveira RCLF, Peres PLD, Swevers J (2012) Gain-scheduled dynamic output feedback control for discrete-time LPV systems. Int J Robust Nonlin 22(5): 535-558.
[6] Yuan C, Duan C, Wu F (2018) Almost output regulation of LFT systems via gain-scheduling control. Int J Control 91: 1161-1170.
[7] Veselý V, Ilka A (2017) Generalized robust gain-scheduled PID controller design for affine LPV systems with polytopic uncertainty. Syst Control Lett 105: 6-13.
[8] Wang S, Pfifer H, Seiler P (2016) Robust synthesis for linear parameter varying systems using integral quadratic constraints. Automatica 68: 111-118.
[9] Sadeghzadeh A (2018a) Gain-scheduled continuous-time control using polytope-bounded inexact scheduling parameters. Int J Robust Nonlin 28: 5557-5574.
[10] Sadeghzadeh A (2018b) On exploiting inexact scheduling parameters for gain-scheduled control of linear parameter-varying discrete-time systems. Syst Control Lett 117: 1-10.
[11] Sadeghzadeh A (2019) LMI relaxations for robust gain-scheduled control of uncertain linear parameter varying systems. IET Control Theory A 13: 486-495.
[12] Yavari R, Sadeghzadeh A, Shamaghdari S (2021) Comments on “improved synthesis conditions for mixed H2/H gain-scheduling control subject to uncertain scheduling parameters”. Int J Control 94: 804-806.
[13] Yavari R, Sadeghzadeh A, Shamaghdari S (2020) Improved multiobjective H2/H switching gain-scheduled controller synthesis exploiting inexact scheduling parameters. Int J Robust Nonlin 30: 7706-7730.
[14] Rotondo D, Nejjari F, Puig V (2014) Robust state-feedback control of uncertain LPV systems: An LMI-based approach. J Frankl Inst 351: 2781-2803.
[15] Zhao P, Nagamune R (2017) Switching LPV controller design under uncertain scheduling parameters. Automatica 76: 243-250.
[16] Yang D, Zhao J (2019) H bumpless transfer for switched LPV systems and its application. Int J Control 92: 1500-1508.
[17] Yang D, Zong G, Nguang SK (2020) H bumpless transfer reliable control of Markovian switching LPV systems subject to actuator failures. Inform Sciences 431-445.
[18] Chen P (2012) The design of smooth switching control with application to V/STOL aircraft dynamics under input and output constraints. Asian J Control 14)2(: 439453.
[19] Jiang W, Dong C, Wang Q (2015) Smooth switching linear parameter-varyin control for hypersonic vehicles via a parameter set automatic partition method. IET Control Theory A 9(16): 2377-2386.
[20] He T, Zhu GG, Swei  SSM, Su W ( 2019) Smooth-switching LPV control for vibration suppression of a flexible airplane wing. Aerosp Sci Technol 84: 895-903.
[21] He T, Zhu GG, Swei  SSM ( 2020) Smooth switching LPV Dynamic output-feedback control. Int J Control Autom 18: 1367-1377.
[22] Chang XH, Park JH, Zhou J (2015) Robust static output feedback H control design for linear systems with polytopic uncertainties. Syst Control Lett 85: 23-32.
[23] Agulhari CM, de Oliveira RCLF, Peres PLD (2012) Robust LMI Parser: A computational package to construct LMI conditions for uncertain systems. in: XIX Brazilian Conference on Automation (CBA 2012), Campina Grande, PB, Brazil. 2298-2305.
[24] Lofberg J (2004) YALMIP: A Toolbox for Modeling and Optimization in MATLAB. In: CACSD Conference.
[25] ApS M (2015) The MOSEK optimization toolbox for MATLAB manual. Version 7.1 (Revision 28).