بخشی از مقاله
چکیده
کنترل لغزشی ترمینال از روشهای موثر برای کنترل سیستم های غیر خطی با عدم قطعیت کرانداراست. از مشکلات مهم استفاده از کنترل لغزشی ترمینال، تکینگی در مبدا یا بینهایت شدن سیگنال کنترلی در مبدا است. در این مقاله سعی شده است با تعریف سطح لغزشی نوین برای کنترل کننده مد لغزشی ترمینال، مشکل تکینگی در مبدا حل شود و سرعت همگرایی به سطح افزایش یابد.
.1 مقدمه
در حدود 70 درصد سطح زمین از آب تشکیل شده است و به منظور استفاده از این منابع بشر می بایست وسایل زیر آبی را توسعه داده و آنها را بکار گیرد. انواع مختلفی از وسایل زیرآبی وجود دارد که می توان آنها را به دو دسته سیستم های بدون سرنشین و با سرنشین تقسیم بندی کرد. در این مقاله با ارائه ی سطح لغزشی نوین برای کنترل کننده مد لغزشی ترمینال، کنترل مسیرحرکت عمق یک وسیله بدون سرنشین یا - - AUV1 با استفاده از کنترل کننده های مد لغزشی کلاسیک و مد لغزشی ترمینال انجام و با یکدیگر مقایسه شده است. تا کنون روشهای گوناگونی با هدف کنترل مسیرحرکت عمق ربات های زیر دریایی ارئه شده که در ادامه به مرور و دسته بندی مهمترین مقالات ارئه شده در این زمینه خواهیم پرداخت.
دسته اول مقالاتی هستند که با بهره گیری از روشهای هوشمند به کنترل رباتهای زیر دریایی می پردازند. به عنوان مثال در [ 1 ] از کنترل کننده فازی بر اساس روش سوگینو 2 برای هدایت، پیچ و عمق استفاده شد که به علت گذار تدریجی از ماکزیمم تحریک منفی به مثبت، وزوز 3 کاهش یافته که از کنترل بنگ بنگ محض مقاوم تر4 است، اما برای مقاومت بیشتر پاسخ سریع تر باید قربانی شود. در [ 2 ] از کنترل کننده ی نرو فازی مدل ریاضی مخچه FCMAC 5 برای ردیابی و هدایت و کنترل عمق استفاده شده که مزیت آن مقاومت و عملکرد بهتر نسبت کنترل PID و حساس نبودن به عدم قطعیت مدلسازی و اغتشاش های خارجی می باشد.
دسته دوم شامل مقالات مبتنی بر روش های کنترل بهینه می باشد که از آن جمله می توان به مراجع زیر اشاره کرد.
در [ 3 ] از کنترل بهینه LQG و شناسایی سیستم برای کنترل یاو و عمق استفاده شده است که مزیت این کار، بدست آوردن مدل AUV با استفاده از شناسایی به جای درگیر شدن با روابط پیچیده مدل سازی با استفاده از ریاضیات می باشد ولی در مرجع مذکور نویز سنسور ها و یا قطعی سیگنال در GPS در نظر گرفته نشده و احتمال تاثیر گذاری غالب عوامل غیر خطی در برخی سرعت ها و شرایط نیز وجود دارد. در [ 4 ] از یک کنترل کننده بهینه LQR برای کنترل عمق ربات زیر آبی استفاده شده و با کنترل کننده PID مقایسه شده است. و اگر چه خطای حالت ماندگار دو کنترل کننده به صفر می رسید ولی فراجهش کنترل کننده LQR نسبت به PIDکمتر است.
روش های دسته سوم از کنترل غیر خطی برای کنترل رباتهای زیر دریایی استفاده کرده اند. در [ 5 ] کنترل کننده غیر خطی بر اساس لیا پانوف و گام به عقب با استفاده از مدل غیر خطی و تزویج شده استفاده شد بود که کاهش
خطای ردیابی مسیر را به دنبال داشت ولی اغتشاش خارجی و نویزسنسورها درنظر گرفته نشده بود. روش های کنترل تطبیقی دسته دیگر از مقالات را شامل می شوند.
در [ 6 ] کنترل کننده تطبیقی غیر مستقیم در صفحه عمق استفاده شد که همگرایی مطلوب پاسخ پله با وجود نامینیمم فاز بودن سیستم و عملکرد مطلوب کنترل عمق و تنظیم زاویه پیچ با وجود عدم قطعیت ها از مزایای آن بود. نوآوری انجام شده دراین مقاله این است که، از آنجایی که کنترل کننده ی مد لغزشی ترمینال ساختاری کسری دارد، یکی از مشکلات اصلی کنترل کننده مد لغزشی ترمینال، تکینگی در مبدا یا به عبارت دیگر بینهایت شدن سیگنال کنترلی در مبدا است.
که در این مقاله با ارائه ی سطح لغزشی جدید، که در ساختار آن تابع علامت وجود دارد و همچنین محدود کردن گاما بین یک و دو - - 1 < < 2 این مشکل به این صورت حل شده است که، چون تابع علامت در مقدار صفر، صفر می شود و همچنین با توجه به ساختار سیگنال کنترلی، توان منفی در سیگنال کنترلی رخ نداده و در نتیجه در مبدا دیگر تکینگی رخ نخواهد داد. از طرفی در این مقاله برای اولین بار برای کنترل مسیر حرکت یک ربات زیر آبی از یک کنترل کننده مد متغییر با زمان است.
لغزشی ترمینال استفاده شده است که منجر به کاهش زمان کنترل سیستم خواهد شد.
در ادمه دینامیک سیستم را معرفی کرده و نتایج شبیه سازی های انجام شده با کنترل کننده پیشنهادی و کنترل کننده مد لغزشی کلاسیک را، با یکدیگر از لحاظ زمان همگرایی به مسیر مطلوب، و مقاوم بودن در برابر نویز و اغتشاش مورد بررسی قرار داده و در نهایت نتیجه گیری انجام شده است.
.2 معرفی دینامیک سیستم
در این مقاله برای کنترل عمق ربات، یک سیستم با معادلات غیر خطی در نظر گرفته شده است. که مدل دینامیکی ربات در صفحه ی عمق بصورت زیر در نظر گرفته می شود.
در معادلات حرکت در صفحه ی عمق به خاطر بزرگ بودن مراکز شناوری و جاذبه ، مقدار زاویه های رول - - ∅ و پیچ - - تقریبا برابر با صفر است واین ویژگی باعث شده است تا حرکت عمودی - هیو - وسیله از حرکت در صفحه ی افقی مجزا باشد. بنابرین معادلات حرکت در صفحه ی عمق به صورت زیر است.
که در آن u ورودی کنترلی - نیرو محرکه - d اغتشاش ایجاد شده توسط نیروهای خارجی، cضریب هیدرودینامیکی میرایی و m جرم وسیله به علاوه جرم افزوده می باشد. و همچنین فرضیات زیر در نظر گرفته شده است:
فرض: 1 پارامتر m - t - متغییر با زمان ونامشخص اما مثبت و محدود است : 0 < m min P - W - P max
فرض: 2 پارامتر c - t - متغییر با زمان و نامشخص اما محدود است : C min & - W - F max
فرض: 3 اغتشاش d - t -
.3 ارائه روش کنترلی، مد لغزشی ترمینال :
از معادله ی ̇= - 1 - t - - 2 Sig - - بدست می آید و کنترل تصحیح کننده یا قانون رسیدن نام دارد ، و هنگامی وارد عمل میشود که حالتهای سیستم از سطح جدا شوند و قسمت بعد مرحله لغزش بر روی سطح است که از معادله ی ̇= 0 بدست می آید و کنترل معاد نامیده می شود و زمانی وارد عمل می شود که حالت های سیستم روی سطح باشد .حال بر اساس سطح لغزش و دینامیک رسیدن به سطح لغزش قانون کنترل ای مقاوم به شکل زیر تعریف خواهد شد.
