کنترل دفع اختلال فعال جز به جز Fractional active disturbance rejection control
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : الزویر Elsevier
- چاپ و سال / کشور: 2016
توضیحات
رشته های مرتبط: ریاضی، ریاضی کاربردی، تحقیق در عملیات و آنالیز عددی
طرح کنترل دفع توزیع فعال و جزء به جزء (FADRC) جهت بهبود عملکرد سیستم‌های خطی با ترتیب جزء به جزء (FOS) پیشنهاد شده و بررسی جدی نشان می‌دهد که کنترل‌گر نیز قابل استفاده برای کنترل FOS خطی و نامتناسب می‌باشد. در FADRC، مشاهده‌گر سنتی و وسیع (ESO) به ترتیب ناچیز (FESO) با استفاده از آنالیز جزئی عمومیت بخشیده و تعقیب تمایزگر به اضافه‌ی بازخورد خطای غیرخطی به کمک کنترل اگر مشتق نسبی جایگزین می‌شود. جهت ساده‌سازی شرایط کنترل‌گر، روش پارامترسازی پهنای باند خطی انتخاب شده است. سپس، تأثیرات پهنای باند مشاهده‌گر W0 و کنترل‌گر W0 بر عملکرد سیستم تجزیه و تحلیل می‌شود. در نهایت، ثبات FADRC و مشخصات دامنه بسامد در مورد ورودی خطی و خروجی FOS مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج شبیه‌سازی توسط ADRC و FADRC بر روی FOS با یکدیگر مقایسه می‌شوند جهت ترسیم کارایی برنامه‌ی پیشنهاد شده. واژگان کلیدی: کنترل رد توزیع فعال و جزئی (FADRC)، مشاهده‌گر وضعیت وسیع و جزئی (FESO)، کنترل‌گر مشتق نسبی و جزئی، سیستم دارای ترتیب خطی و جزئی. آنالیز جزئی، کلی‌سازی آنالیز معمولی با ترتیب عدد صحیح است. سیستم‌های توصیف شده توسط آنالیز دارای ترتیب جزئی به عنوان سیستم‌هایی با ترتیب جزئی شناخته می‌شوند (FOS). آنالیز جزئی ارائه‌گر روشی ترجیحی جهت توصیف اهداف طبیعی- پیچیده و پردازش‌های پویا مثل صداهای الکتریکی، سیستم بی‌نظم و مواد آلی دی الکتریک می‌باشد ]۶-۱[. در نتیجه، دانشمندان علاقه‌ی زیادی به شناسایی FOS]7و۸[ نشان می‌دهند. FOS خطی، نوع خاصی از FOS با مدل ساده و ترتیب‌های نسبی می‌باشد ]۱۰و۹[. معمولا کنترل‌گران با اپراتور ترتیب جزئی برای FOS مناسب هستند (۱۲و۱۱). چهار نوع اصلی کنترل‌گرهای ترتیب جزئی وجود دارد که عبارتند از کنترل‌گر CRONE، TID (مشتق عدد صحیح)، کنترل‌گر PID با ترتیب جزئی و کنترل‌گر عامل جبرانی (۱۹-۱۳). با بررسی مقتضیات طرح کنترل‌گر جهانی- صنعتی مثل ساختار سالم، قابلیت تکرار، عدم وابستگی به مدل، تغییر آسان پارامتر و استحکام قوی، کنترل رد توزیع فعال (ADRC)، الگویی جایگزین را برای کنترل FOS فراهم می‌آورد (۲۲-۲۰). هدف مرکزی ADRC تلقی عدم قطعیت داخلی و خارجی به عنوان توزیع کلی و رد فعال آنها می‌باشد. ساختار متراکم، تغییر آسان و کافی عملکرد خوب، ADRC را در دنیای کنترل صنعتی رایج می‌سازد (۲۵-۲۳). ابتدا از ADRC جهت کنترل FOS در (۲۶) استفاده شد در جایی که ترتیب جزیی به عنوان قسمتی از توزیعات کلی تلقی شده و از مشاهده‌گر وضعیت وسیع (ESO) جهت برآورد و ردّ آن استفاده می‌شود.به علت نادیده گرفته شدن اطلاعات مدل موجود، به پهنای باند بالاتر مشاهده‌گر جهت برآورد وضعیت دقیق نیاز می‌باشد. در این مقاله، کنترل رد توزیع فعال و جزئی (FADRC) به عنوان راه حل کلی و قوی ADRC برای FOS پیشنهاد می‌شود. ESO به عنوان ترتیب جزئی بر طبق بالاترین ترتیب جزئی FOS مجددا طراحی شد. ترتیب تعریف شده‌ی جزئی بیان می‌کند که مشاهده‌گر نه تنها به برآورد دقیق توزیع کلی بلکه به برآورد وضعیت پویا با ترتیب جزئی نیز پرداخته و در نهایت منجر به کاهش پهنای باند می‌گردد. به علاوه، از کنترل‌گر PD با ترتیب جزئی جهت جایگزین‌سازی متمایزگر و اظهار خطای غیرخطی استفاده می‌شود. گرچه اساسا FADRC برای جبران شرایط FOS خطی طراحی می‌شود اما بررسی‌ها حاکی از اینست که FADRC نیز برای FOS خطیع مناسب است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که FADRC دارای الویت بارزتری به همراه پتانسیل برای کنترل FOS است. به علت مشکل ایجاد شده توسط عدم قطعیت و خاصیت غیرخطی، مطالعات تئوریکی ADRC همچنان در راستای کاربردهای صنعتی باقی می‌ماند. تحقیق اخیر بر تلاقی دامنه‌ی زمان تمرکز دارد (۲۹-۲۷). بررسی ثبات اساسا برای FOS در (۳۰) مورد مطالعه قرار گرفته است. روش وسیع و معتبر ارائه شده توسط (۳۱) Patil ارائه‌گر مسیری ساده برای ساخت موقعیت FOS کلی بوده و جهت طراحی FADRC مورد استفاده قرار می‌گیرد. FOS به تریتب عدد صحیح ترجمه شده و در نتیجه، روش بررسی سیستم کلی عدد صحیح را می‌توان مستقیما انتخاب کرد. ادامه‌ی این مقاله طبق زیر سازمان‌دهی می‌شود. در بخش ۲، معرفی FOS خطی مشاهده‌گر وضعیت دارای ترتیب جزئی با ابعاد کامل ترسیم می‌گردد. در بخش ۳، ساختار کلی FADRC و FESO و الگوریتم منطبق معرفی می‌شود. بخش ۴ ترسیم‌گر ثبات و مشخصات دامنه بسامد FADRC است. سپس، نتایج شبیه‌سازی ADRC و FADRC در بخش ۵ مقایسه می‌شوند. در نهایت، نتیجه‌گیری‌هایی در بخش ۱۶ ارائه می‌شود.
طرح کنترل دفع توزیع فعال و جزء به جزء (FADRC) جهت بهبود عملکرد سیستم‌های خطی با ترتیب جزء به جزء (FOS) پیشنهاد شده و بررسی جدی نشان می‌دهد که کنترل‌گر نیز قابل استفاده برای کنترل FOS خطی و نامتناسب می‌باشد. در FADRC، مشاهده‌گر سنتی و وسیع (ESO) به ترتیب ناچیز (FESO) با استفاده از آنالیز جزئی عمومیت بخشیده و تعقیب تمایزگر به اضافه‌ی بازخورد خطای غیرخطی به کمک کنترل اگر مشتق نسبی جایگزین می‌شود. جهت ساده‌سازی شرایط کنترل‌گر، روش پارامترسازی پهنای باند خطی انتخاب شده است. سپس، تأثیرات پهنای باند مشاهده‌گر W0 و کنترل‌گر W0 بر عملکرد سیستم تجزیه و تحلیل می‌شود. در نهایت، ثبات FADRC و مشخصات دامنه بسامد در مورد ورودی خطی و خروجی FOS مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج شبیه‌سازی توسط ADRC و FADRC بر روی FOS با یکدیگر مقایسه می‌شوند جهت ترسیم کارایی برنامه‌ی پیشنهاد شده. واژگان کلیدی: کنترل رد توزیع فعال و جزئی (FADRC)، مشاهده‌گر وضعیت وسیع و جزئی (FESO)، کنترل‌گر مشتق نسبی و جزئی، سیستم دارای ترتیب خطی و جزئی. آنالیز جزئی، کلی‌سازی آنالیز معمولی با ترتیب عدد صحیح است. سیستم‌های توصیف شده توسط آنالیز دارای ترتیب جزئی به عنوان سیستم‌هایی با ترتیب جزئی شناخته می‌شوند (FOS). آنالیز جزئی ارائه‌گر روشی ترجیحی جهت توصیف اهداف طبیعی- پیچیده و پردازش‌های پویا مثل صداهای الکتریکی، سیستم بی‌نظم و مواد آلی دی الکتریک می‌باشد ]۶-۱[. در نتیجه، دانشمندان علاقه‌ی زیادی به شناسایی FOS]7و۸[ نشان می‌دهند. FOS خطی، نوع خاصی از FOS با مدل ساده و ترتیب‌های نسبی می‌باشد ]۱۰و۹[. معمولا کنترل‌گران با اپراتور ترتیب جزئی برای FOS مناسب هستند (۱۲و۱۱). چهار نوع اصلی کنترل‌گرهای ترتیب جزئی وجود دارد که عبارتند از کنترل‌گر CRONE، TID (مشتق عدد صحیح)، کنترل‌گر PID با ترتیب جزئی و کنترل‌گر عامل جبرانی (۱۹-۱۳). با بررسی مقتضیات طرح کنترل‌گر جهانی- صنعتی مثل ساختار سالم، قابلیت تکرار، عدم وابستگی به مدل، تغییر آسان پارامتر و استحکام قوی، کنترل رد توزیع فعال (ADRC)، الگویی جایگزین را برای کنترل FOS فراهم می‌آورد (۲۲-۲۰). هدف مرکزی ADRC تلقی عدم قطعیت داخلی و خارجی به عنوان توزیع کلی و رد فعال آنها می‌باشد. ساختار متراکم، تغییر آسان و کافی عملکرد خوب، ADRC را در دنیای کنترل صنعتی رایج می‌سازد (۲۵-۲۳). ابتدا از ADRC جهت کنترل FOS در (۲۶) استفاده شد در جایی که ترتیب جزیی به عنوان قسمتی از توزیعات کلی تلقی شده و از مشاهده‌گر وضعیت وسیع (ESO) جهت برآورد و ردّ آن استفاده می‌شود.به علت نادیده گرفته شدن اطلاعات مدل موجود، به پهنای باند بالاتر مشاهده‌گر جهت برآورد وضعیت دقیق نیاز می‌باشد. در این مقاله، کنترل رد توزیع فعال و جزئی (FADRC) به عنوان راه حل کلی و قوی ADRC برای FOS پیشنهاد می‌شود. ESO به عنوان ترتیب جزئی بر طبق بالاترین ترتیب جزئی FOS مجددا طراحی شد. ترتیب تعریف شده‌ی جزئی بیان می‌کند که مشاهده‌گر نه تنها به برآورد دقیق توزیع کلی بلکه به برآورد وضعیت پویا با ترتیب جزئی نیز پرداخته و در نهایت منجر به کاهش پهنای باند می‌گردد. به علاوه، از کنترل‌گر PD با ترتیب جزئی جهت جایگزین‌سازی متمایزگر و اظهار خطای غیرخطی استفاده می‌شود. گرچه اساسا FADRC برای جبران شرایط FOS خطی طراحی می‌شود اما بررسی‌ها حاکی از اینست که FADRC نیز برای FOS خطیع مناسب است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که FADRC دارای الویت بارزتری به همراه پتانسیل برای کنترل FOS است. به علت مشکل ایجاد شده توسط عدم قطعیت و خاصیت غیرخطی، مطالعات تئوریکی ADRC همچنان در راستای کاربردهای صنعتی باقی می‌ماند. تحقیق اخیر بر تلاقی دامنه‌ی زمان تمرکز دارد (۲۹-۲۷). بررسی ثبات اساسا برای FOS در (۳۰) مورد مطالعه قرار گرفته است. روش وسیع و معتبر ارائه شده توسط (۳۱) Patil ارائه‌گر مسیری ساده برای ساخت موقعیت FOS کلی بوده و جهت طراحی FADRC مورد استفاده قرار می‌گیرد. FOS به تریتب عدد صحیح ترجمه شده و در نتیجه، روش بررسی سیستم کلی عدد صحیح را می‌توان مستقیما انتخاب کرد. ادامه‌ی این مقاله طبق زیر سازمان‌دهی می‌شود. در بخش ۲، معرفی FOS خطی مشاهده‌گر وضعیت دارای ترتیب جزئی با ابعاد کامل ترسیم می‌گردد. در بخش ۳، ساختار کلی FADRC و FESO و الگوریتم منطبق معرفی می‌شود. بخش ۴ ترسیم‌گر ثبات و مشخصات دامنه بسامد FADRC است. سپس، نتایج شبیه‌سازی ADRC و FADRC در بخش ۵ مقایسه می‌شوند. در نهایت، نتیجه‌گیری‌هایی در بخش ۱۶ ارائه می‌شود.
Description
A fractional active disturbance rejection control (FADRC) scheme is proposed to improve the performance of commensurate linear fractional order systems (FOS) and the robust analysis shows that the controller is also applicable to incommensurate linear FOS control. In FADRC, the traditional extended states observer (ESO) is generalized to a fractional order extended states observer (FESO) by using the fractional calculus, and the tracking differentiator plus nonlinear state error feedback are replaced by a fractional proportional-derivative controller. To simplify controller tuning, the linear bandwidth-parameterization method has been adopted. The impacts of the observer bandwidth ωo and controller bandwidth ωc on system performance are then analyzed. Finally, the FADRC stability and frequency-domain characteristics for linear single-input single-output FOS are analyzed. Simulation results by FADRC and ADRC on typical FOS are compared to demonstrate the superiority and effectiveness of the proposed scheme.
