بخشی از مقاله
چکیده
یکی از روشهای مورد استفاده به منظور جلوگیری از توقف عملکرد سیستم در هنگام خطا، روش تحملپذیری خطا میباشد. تحمل پذیری در برابر خطا به قابلیتی اشاره دارد، که سیستم را توانا میسازد تا حتی در صورت بروز خطا، توانایی پوشش دادن و جلوگیری از خرابی را ایجاد نماید. این قابلیت در بسیاری از سیستمها از جمله مهمترین ملزومات میباشد. هرچه ابعاد سیستمها بیشتر میشود، آثار ناشی از رخداد خطا و خرابی، نیز افزایش مییابد. از این رو ویژگی تحملپذیری در برابر خطا برای سیستمهای با ابعاد وسیع اهمیت دوچندانی پیدا میکند. در این پژوهش، یک روش برای کنترل تحملپذیر در برابر خطای سنسوری سیستمهای ابعاد وسیع بیان شده است.
اساس روش بر مبنای ترکیب زیر سیستم خطا یافته و رویت ناپذیر شده با زیر سیستمهای سالم برای برقراری مجدد رویتپذیری سیستم، میباشد. لیکن با توجه به ابعاد وسیع بودن سیستم، پیشنهاداتی بر مبنای تحلیل ساختاری سیستم، برای تسریع روند حذف زیر سیستمهایی که پس از ترکیب، توانایی رویتپذیر ساختن سیستم خطا یافته را ندارند، شدهاست. در نهایت یک شاخص انتخاب بین زیرسیستمهای کاندیدا برای ترکیب ارائه شدهاست. شاخص بر مبنای درجهی رویتپذیری سیستم تعریف شده است. با استفاده از یک رویتگر موجود، مساله به سیستمهای ابعاد وسیع غیرخطی نیز بسط داده شدهاست. در انتها شبیهسازیهای انجام شده بر روی چند سیستم مختلف، کارایی مناسب روش را تایید مینماید.
.1 مقدمه
در این مقاله، یک روش برای کنترل تحملپذیر در برابر خطای سنسوری سیستمهای ابعاد وسیع بیان شده است. اساس روش بر مبنای ترکیب زیر سیستم خطا یافته و رویت ناپذیر شده با زیر سیستمهای سالم برای برقراری مجدد رویتپذیری سیستم، میباشد. لیکن با توجه به ابعاد وسیع بودن سیستم، پیشنهاداتی بر مبنای تحلیل ساختاری سیستم، برای تسریع روند حذف زیر سیستمهایی که پس از ترکیب، توانایی رویتپذیر ساختن سیستم خطا یافته را ندارند، شدهاست. در نهایت یک شاخص انتخاب بین زیرسیستمهای کاندیدا برای ترکیب ارائه شدهاست. شاخص بر مبنای درجهی رویتپذیری سیستم تعریف شده است. با استفاده از یک رویتگر موجود، مساله به سیستمهای ابعاد وسیع غیرخطی نیز بسط داده شدهاست. در انتها شبیهسازیهای انجام شده بر روی چند سیستم مختلف، کارایی مناسب روش را تایید مینماید..
.2 پیشینه تحقیق
در [1] بررسی جامعی در مورد روشهای موجود خطایابی و کنترل تحملپذیر با استفاده از بازسازی انجام شدهاست. آقای ژانگ در این مقاله روشهای موجود در این زمینه را فهرست نموده است و کامل ترین گردآوری را تا سال 2008 انجام داده است.آقای استاروسفکی و همکاران در[2] یک روش ترکیبی از کنترل تحملپذیرفعّال و غیرفعّال برای خطاهای عملگر ارائه داده است. در این روش علاوه بر اینکه یک بانک از کنترلرها برای حالات مختلف وقوع خطا به صورت از پیش تعیین شده وجود دارد، در هر کدام از کنترلرها یک الگوریتم بازیابی نیز وجود دارد که در محدودهی مشخصی سیستم را از خطا مصون میدارد.
اعمال روش کنترل تحملپذیر در برابر خطا بر روی سیستمهای غیرخطی یکی از مسایل روز در کنترل میباشد. تحقیقات معدودی دراین زمینه روی سیستمهای غیرخطی انجام گرفتهاست. کنترل تحملپذیر در برابر خطا برای مدل غیرخطی یک موتور القایی و یک بازوی ربات هنگامیکه یک خطای جمع شونده در عملگر آن روی میدهد با استفاده از تئوری غیرخطی ، نمونههایی از این تحقیقات میباشند.
مسالهی کنترل تحملپذیر برای خطاهای ضرب شونده در عملگر، در نظر گرفتن مسالهی اشباع در کنترلر هنگام وقوع خطا، استفاده از قوانین تطبیقی برای دسته ای از سیستمهای غیرخطی نمونههایی از تحقیقات انجام شده در این زمینه میباشند. یک بررسی جامع در این مورد را میتوان در [2] یافت.
یانگ و همکاران در [3] مسالهی تحملپذیری در برابر خطا را با استفاده از یک الگوی سوییچینگ برای یک دسته از مسایل غیرخطی حل نمود. در واقع تعدادی کنترلر از پیش تعریف شده برای انواع خطاها در نظر گرفته شدهاست که پس از خطا یابی، آن کنترلر وارد حلقهی کنترلی میشود. آقای استاروفسکی و همکارش در [4] یک متد برای تحلیلقابلیّت بازسازی سیستم بر مبنای مدلسازی مجدد سیستم بصورت یک Generic Component پیشنهاد داده شدهاست. این روش بر مبنای توضیح رفتار سیستم بصورت یک دسته ازشیها که هر کدام یک وظیفه بخصوص انجام میدهد عمل میکند.
این مقاله جزو معدود تحقیقاتی است که یک دیدگاه پایین به بالا را برای تحلیل سیستمها استفاده کرده است. بر خلاف روشهای دیگر که سعی دارد یک سیستم بزرگ را از بزرگترین عضو به زیرسیستم یا سیستمهای کوچکتر تقسیم کنند تا بتوانند از روشهای موجود کمک بگیرند، در این مقاله از کوچکترین اعضای یک فرایند شروع و به سمت اعضای بزرگتر مجموعه حرکت میشود.
در[5] کنترل تحملپذیر در برابر خطا همراه با مینیمم سازی شاخص عملکرد سیستم عنوان شدهاست. شاخص مذکور یک مسالهی کنترل بهینه ی برای مینیمم سازی همزمان موقعیتتغیّرمهای حالت و میزان سیگنال کنترلی میباشد. در هنگام وقوع خطا سیگنال کنترلی طوری تغییر میکند که با کمترین هزینه ی کنترلیمتغیّرهای سیستم را به موقعیت پیشین یا به نزدیک ترین موقعیت قبلی برساند. بدیهی است که الگوریتم فوق برای دسته خاصی از سیستمها که پس از وقوع خطا همچنان کنترلپذیر میمانند قابل اعمال میباشد.
کنترل تحملپذیر با استفاده از سیستمهای واقعه گسسته - DEDS - روش متفاوت دیگری میباشد که شامل تعدادی ساختار شناختهشده با رخدادهای از پیش تعریف شده میباشد و در لحظات و توالینامعیّنی روی میدهند.خطایابی برای یک DEDS در [6] و [7] مورد بررسی قرارگرفتهاست. در واقع میتوان DEDS را یک زیر کلاس برای سیستمهای تحملپذیر در برابر خطا تعریف نمود که در آنها رویدادها از پیش تعریف شده نمیباشند و ساختار سیستم هنگام وقوع یک خطا میتواند تغییر نماید. مسالهی طراحی سیستمهای تحملپذیر در برابر خطای سنسوری با استفاده از روش وقایع گسسته در [8] مورد بررسی قرارگرفتهاست.
خطای سنسوری در این مقاله به صورت از دست رفتن کامل اطلاعات یک سنسور در نظر گرفته شدهاست. یک مفهوم متفاوت از رویتپذیری در این مقاله عنوان شدهاست که اجازه ی کار در انواع به خصوصی از سیستمها را میدهد. فرض شدهاست که تنها سنسورهای یک کنترلر در واحد مشخصی میتوانند دچار خرابی شوند و مسالهی امکان یافتن یک کنترلر برای سیستممعیّن برای حفظ ویژگیهای کنترلی پس از وقوع خطا بررسی شدهاست. برخی دیگر از مقالات متدهای ارائه شده را روی سیستمهای واقعی پیاده سازی نمودند.
.3روش تحقیق
.1 .3 روش کنترلی پیشنهادی - MPC-SVM -
روش کنترلی MPC-DSVM علیرغم بهبود روش FS-MPC، بدلیل استفاده از الگوریتم مشابه تعداد محدود و گسستهای از نقاط فضای برداری مبدل را در بر میگیرد. همچنین عملکرد بهینه مبدل متناسب با تعداد این نقاط خواهد بود. بنابراین ممکن است تعداد نقاط فضای برداری و یا فرکانس کلیدزنی لازم زیاد و پیادهسازی آن پرهزینه و یا غیر ممکن باشد.
در روش کنترلی پیشنهادی الگوریتم کنترلی به نحوی تغییر داده شدهاست که امکان استفاده از تمام نقاط فضای برداری بشکل SVM تامین شود. مطابق شکل - 1 - در این الگوریتم مقدار متغیرهای مورد نیاز با استفاده از مقادیر نمونه برداری شده و مدل سیستم، مقاوم میشود. همچنین مقدار مرجع متغیر کنترلی با استفاده از تابع هزینه محاسبه و در مدل مقاوم سیستم جاگذاری میشود. سپس با استفاده از این مقادیر مرجع و مقادیر مقاوم ی شده، مقدار مناسب ولتاژ مبدل محاسبه میشود. در نهایت فرمان حالت کلیدزنی مبدل برای سیکل بعدی بشکل مدولاسیون SVM استخراج و اعمال میشود.
مقدار مرجع متغیر کنترلی متناسب با اهداف کنترلی مختلف از تابع هزینهاستخراج میشود، بنابراین امکان اعمال همزمان اهداف مختلف امکان پذیر خواهد بود. از طرفی با استفاده پیوسته و آسان از این نقاط فرکانس کلیدزنی ثابت، فرکانس نمونهبرداری کمتر، پیادهسازی آسان، دینامیک سریع و اعوجاج کمتر قابل دستیابی خواهد بود.
