شماره ركورد
25587
شماره راهنما
ELE3 85
عنوان
طراحي رؤيتگر حالت توزيع شده براي سيستمهاي خطي داراي عدم قطعيت
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
مهندسي برق - كنترل
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1404/08/27
صفحه شمار
74 ص .
استاد راهنما
محمد عطائي
استاد مشاور
محسن اكراميان
كليدواژه فارسي
رؤيتگر توزيع شده , گراف شبكه , مقاوم , عدم قطعيت , اغتشاش
چكيده فارسي
در سال هاي اخير توجه زيادي به مسئله طراحي رؤيتگرهاي توزيع شده براي تخمين حالت يك سيستم خطي تغييرناپذير با زمان (LTI) وجود داشته است كه در آن اندازه گيري ها توسط شبكه اي از حسگرها انجام ميشود . در مسئله رؤيتگر كلاسيك، هدف پيدا كردن يك رؤيتگر تنها است در حالي كه همه خروجيهاي اندازهگيري شده سيستم را به منظور توليد تخمين حالت دريافت ميكند. ولي در مدل توزيعشده ادعا بر پيداكردن يك تعداد رؤيتگر محلي است كه ميتوانند از طريق يك گراف شبكهي از پيش تعيين شده، با هم در ارتباط باشند. هر رؤيتگر محلي در شبكه نه تنها قسمتي از خروجي اندازهگيريشده سيستم بلكه تخمين حالت رؤيتگرهاي همسايه خود را نيز دريافت ميكند و با استفاده از اين اطلاعات و وجود جمله همگرايي در ديناميك خود، قادر به بهروزرساني تخمينهاي خود و در نهايت تخمين تمام حالتهاي سيستم است. بنابراين، مسئله يافتن يك رؤيتگر توزيعشده ميتواند به عنوان مسئله يافتن يك رؤيتگر تنها كه شامل يك تعداد رؤيتگر محلي است، تفسير شود. در اكثر سيستمهاي عملي كنترل، عدم قطعيتها، اختلالات پارامتر و اغتشاش خارجي مشاهده ميشود. بنابراين طراحي رؤيتگرهاي توزيع شده اي كه در برابر عوامل ذكر شده انعطاف پذير باشد يكي از چالش هاي موجود در اين زمينه است. اين رساله طراحي رؤيتگر توزيعشده مقاوم براي سيستمهاي نامعين كه در آن برخي عدم قطعيتهاي ناشناخته، بدون ساختار و محدود در ماتريسهاي سيستم و همچنين اغتشاش خارجي در ديناميك سيستم وجود دارد را پيشنهاد ميكند. نشان داده شده است كه اگر سيستم LTI رويتپذير باشد و همچنين نمودار شبكه كاملاً همبند باشد، همگرايي كل حالتها حاصل ميشود. در رؤيتگر توزيعشده پيشنهادي جهت كاهش اثر عدم قطعيت موجود در ماتريس سيستم، با اعمال عبارت جديد در معادله ديناميكي، عملكرد مقاوم در برخورد با عدم قطعيت به دست ميآيد. سپس تحليل معادله ديناميكي خطاي رؤيتگر با استفاده از تابع لياپانوف پيشنهادي، منجر به نابرابري هاي ماتريس خطي شده و در نتيجه بهرههاي رؤيتگر توزيع شده مقاوم طراحي خواهند شد. همچنين جهت مقابله با اثر اغتشاش خارجي در ديناميك سيستم و بدون حضور عدم قطعيت، يك رؤيتگر توزيع شده توسعه يافته پيشنهاد مي گردد كه علاوه بر تخمين حالت هاي سيستم در هر گره، اغتشاش را نيز به عنوان يك حالت اضافي در نظر گرفته و آن را نيز تخمين مي زند. سپس همانند رؤيتگر توزيع شده قبلي با استفاده از تابع لياپانوف پيشنهادي، با تحليل معادله ديناميكي خطاي رؤيتگر، بهرههاي اين رؤيتگر توزيع شده نيز طراحي مي شوند. در نهايت، نتايج شبيهسازي براي نشان دادن اثربخشي هر دو رؤيتگر توزيعشده پيشنهادي براي مقابله با عدم قطعيتهاي موجود در ماتريس سيستم و اغتشاش خارجي ارائه ميشوند.
كليدواژه لاتين
Distributed observer , Network graph , Robustness , Uncertainty , external disturbance , LMIs
عنوان لاتين
Design of Distributed State Observer for Linear Systems with Uncertainty
گروه آموزشي
مهندسي برق
چكيده لاتين
In recent years, considerable attention has been paid to the problem of designing distributed observers for state estimation of linear time-invariant (LTI) systems, in which measurements are collected through a network of sensors. In the classical observer problem, the goal is to find a single observer that receives all measured outputs of the system in order to generate the state estimates. However, in the distributed framework, the objective is to design multiple local observers that can communicate with each other through a predefined network graph. Each local observer in the network receives not only a portion of the system’s measured outputs but also the state estimates from its neighboring observers. Using this information, along with a consensus term in its dynamics, each observer can update its own estimates and eventually reconstruct the complete system state. Therefore, the problem of finding a distributed observer can be interpreted as designing a single composite observer that consists of multiple interconnected local observers. In most practical control systems, uncertainties, parameter perturbations, and external disturbances are inevitable. Hence, designing distributed observers that are robust against these factors remains a significant challenge. This thesis proposes a robust distributed observer design for uncertain systems, in which some unknown, unstructured, but bounded uncertainties exist in the system matrices, as well as external disturbances in the system dynamics. It is shown that if the LTI system is observable and the communication graph is fully connected, global state convergence can be achieved. In the proposed distributed observer, to mitigate the effect of uncertainties in the system matrices, a new term is introduced into the observer dynamics, providing robust performance against these uncertainties. Then, by analyzing the observer error dynamics using a proposed Lyapunov function, a set of Linear Matrix Inequalities (LMIs) is derived, from which the gains of the robust distributed observer are obtained. Furthermore, to cope with the influence of external disturbances in the system dynamics without the presence of uncertainty, an extended distributed observer is developed. This observer not only estimates the system states at each node but also treats the disturbance as an additional state and estimates it as well. Similar to the previous observer, by analyzing the error dynamics through the proposed Lyapunov function, the gains of this extended distributed observer are also designed. Finally, simulation results are presented to demonstrate the effectiveness of both proposed distributed observers in handling system matrix uncertainties and external disturbances.
تعداد فصل ها
5
فهرست مطالب pdf
154177
نويسنده