بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک کنترلکنندهی تطبیقی برای سیستم شبکهای با در نظر گرفتن تاخیر زمانی در لینکهای مخابراتی و همچنین وجود قسمتهای متغیر با زمان در مدل سیستم، ارائه شده است. ابتدا مدل سیستم کنترل شبکهای با حضور بخش متغیر با زمان، نایقینی و تاخیر زمانی مطرح شده، سپس بر اساس این مدل به کمک روشی مدل به یک مدل بدون حضور صریح اثر تاخیر زمانی در معادلات سیستم، تبدیل شده است. در ادامهی آن، کنترلکنندهی تطبیقی شبکهای بر مبنای مدل اولیه بدون و با حضور تاخیر زمانی طراحی شده است. در پایان، حل مسأله و شبیهسازی روی سیستم شبکهای نمونهای صورت گرفته است.
.1 مقدمه
پیشرفت صنعت و نیاز به حضور لینکهای مخابراتی بین اجزای مختلف یک سیستم کنترلی و کنترل از راه دور؛ مثلا در سیستمهای هوافضا، شبکههای قدرت یا سیستمهای اتوماسیون صنعتی، باعث شده که سیستم کنترل شبکهای مورد توجه قرار بگیرد. در سیستم کنترل شبکهای، حسگرهای اندازهگیری و کنترلکننده، کنترلکننده و عملگر و یا هر دو بخش به طور هم-زمان در سیستم فیدبک کنترلی، توسط یک لینک مخابراتی به یکدیگر متصل شدهاند.
این لینک مخابراتی، به دلیل کاهش حجم سیمهای ارتباطی در کاربرد اتوماسیون صنعتی و به دلیل عدم دسترسی و راه دور بودن فرستنده و گیرنده در بیشتر کاربردها، به صورت بدون سیم* میباشد. علیرغم کاربرد و مزایای این نوع سیستم، ایراد مهم آن وجود عدم قطعیت، تاخیر زمانی، از بین رفتن داده در لینکها و همچنین محدودیت پهنای باند لینکهای مخابراتیِ بدون سیم است.
برای رفع هر کدام از این مشکلات در مقالات تدابیری در این زمینه مطرح شده و روابطی برای تضمین پایداری حلقه بسته بهدست آمده است. یکی از موضوعات مهم افزایش کارآیی سیستم در ضمن حفظ پایداری آن در زمانی است که محدودیت پهنای باند وجود دارد و دادههای اندازهگیری شده از سیستم، نمونهبرداری شده و در زمانهای مشخص با فاصله از هم به کنترلکننده فرستاده میشود - به طور مشابه دادهها از کنترلکننده به عملگر - . راهکاری که برای حل این مشکل پیشنهاد شده است استفاده از سیستمهای کنترل شبکهای بر مبنای مدل نامی سیستم می باشد. [1-6]
در سیستمهای کنترل شبکهای بر مبنای مدل نامی سیستم، کنترلکننده برای تولید سیگنال کنترل، علاوه بر استفاده از دادههایی که توسط لینک مخابراتی در فاصلههای مشخص زمانی فرستاده میشوند، از مدل نامی سیستم برای تخمین حالتهای* سیستم هنگامی که دادهی حسگرها در دسترس نیست، استفاده میکند. در [2] این موضوع مورد بررسی قرار گرفته و روابط بستهای برای تضمین پایداری، وابسته به پهنای باند، به دست آمده است.
ایرادی که این روش دارد هنگامی است که مدل سیستم عدم قطعیت داشته باشد و یا در طول زمان پارامترهای آن تغییر کند که در این صورت استفاده از مدل نامی سیستم میتواند سیستم کنترل را دچار مشکل کند. برای حل این مشکل، با تخمین سیستم و پارامترهای آن و بهروزرسانی آنها میتوان مدل سیستم را اصلاح نمود تا تخمین حالتهای سیستم دقیقتر صورت گیرد. این موضوع در [6] با استفاده از الگوریتم حداقل مربعات ماندههای بازگشتی و همچنین فیلتر کالمن برای تخمین پارامترهای سیستم مطرح شده است.
مسألهی دیگر وجود اغتشاش و تاخیر زمانی و عدمقطعیت در لینکهای مخابراتی است. یکی از این راهکارهای حل این مسأله، استفاده از روش کنترل مد لغزشی است. این روش، روش کنترل مقاومی برای مواردی است که یک حد بالا برای اغتشاشات و عدمقطعیتها وجود دارد[7] و میتواند روش مناسبی برای حل این مشکل محسوب شود. با در نظر گرفتن تاخیر زمانی موجود در سیستم به عنوان اغتشاش ورودی و همراه با یک حد بالای معلوم میتوان از کنترل مد لغزشی برای کنترل سیستم تحت کنترل استفاده نمود.
در [8] ابتدا مدل با تاخیر زمانی با یک تبدیل به مدل بدون حضور صریح تاخیر زمانی تبدیل شده و عدم قطعیتها و اثر پارامترهای متغیر با زمان به صورت یک اغتشاش دیده شده است. سپس کنترل مد لغزشی روی مدل جدید سیستم اعمال شده است. ایدهی اصلی این مقاله، استفاده از تبدیل مدل سیستم شبکهای تاخیردار به مدل بدون حضور صریح تاخیر زمانی که در [8] آمده است، برای طراحی کنترلکنندهی مد لغزشی مشابه آنچه در [9] برای سیستمهای اغتشاش دار غیرشبکهای آمده است، میباشد.
در ادامه، ابتدا طرح موضوع صورت گرفته و مدل سیستم و فرضهای لازم مشخص شده، تبدیل مذکور برای تبدیل مدل به یک مدل بدون حضور صریح تاخیر زمانی مطرح شده است. پس از آن کنترل تطبیقی با در نظر گرفتن اغتشاش بر سیستم کنترل شبکهای اعمال گردیده است. در پایان یک نمونه از این سیستم مورد بررسی و شبیهسازی قرار گرفته است.
.2 معرفی سیستم کنترل شبکهای بر مبنای مدل
ابتدا مدل سیستم کنترل شبکهای را با در نظر گرفتن تاخیر زمانی در لینکهای مخابراتی، پارامترهای متغیر با زمان و اغتشاش بررسی میشود. برای این کار مشابه [8] فرض میشود که تاخیر زمانی انتقال اطلاعات از حسگر تا کنترلکننده برابر h ثانیه و تاخیر زمانی از کنترلکننده تا عملگر r ثانیه باشد. شکل1 شماتیکی از مدل در نظر گرفته شده را نشان می-دهد.[7]
در سیستم کنترل شبکهای، وجود لینک مخابراتی معمولا بدون سیم و با محدودیت احتمالی پهنای باند، باعث میشود که سیستم کنترلی مجبور باشد از اطلاعات کمتری که امکان انتقال آن وجود دارد، استفاده کند. راهحل بهبود این حلقه-های کنترلی همانطور که در [2] مطرح شده است استفاده از مدل سیستم برای تخمین حالتهای آن میباشد که این تخمین به تولید سیگنال کنترلی مناسب کمک میکند. در شکل 2 شماتیک سیستم کنترل شبکهای بر مبنای مدل اولیه نشان داده شده است.[1]
حال با تخمین پارامترهای سیستم و بهروز رسانی مدل، حاشیهی پایداری و کارآیی سیستم به خصوص در مواردی که تغییر در پارامترهای سیستم زیاد است، بالا میرود. همانطور که در شکل 3 دیده میشود، فرض شده است که بخش تخمینزنندهی پارامترهای سیستم در کنار کنترل-کننده و بعد از لینک مخابراتی قرار دارد[1]؛ یعنی برای تخمین سیستم به دادههایی که با محدودیت پهنای باند از خط مخابراتی عبور میکنند، موجود است و این مسئله تخمین را دچار پیچیدگی میکند و میتواند حاشیهی پایداری و کارآیی را نسبت به حالتی که تخمینگر، کل دادههای خروجی از حسگر را داشته باشد، کاهش دهد. در صورتی که فرض میشد این فیلتر در کنار حسگر قرار میگرفت، تخمین بهتری از سیستم به دست میآمد.
