SlideShare a Scribd company logo
1 of 22
Download to read offline
پروژه كنترل پيشرفته (هواپيماي دم -نشين) 
استاد: دکتر ثقفی 
دانشجو: شکيب شريفيان ٨۶٢٠٣٩۶۴ 
زمستان ٨٧
فهرست: 
مقدمه 1 
استخراج معادلات 1 
تعريف دستگاههاي مختصات و بارگذاري 1 
تجزيه و تحليل نيروها و ممان ها روي دستگاه مختصات و قوانين نيوتن و اويلر 2 
انتخاب حالت ها و معرفي كنترلر 2 
تحليل پايداري 3 
بررسي كنترل پذيري 3 
طراحي كنترلر انتگرال دار از نوع اول 4 
شبيه سازي 6 
بررسي مشاهده پذيري 7 
طراحي مشاهده گر 8 
شبيه سازي 8 
طراحي مشاهده گر كاهش مرتبه، از روش ليونبرگر 8 
طراحي مشاهده گر كاهش مرتبه، از روش پارتيشن بندي ماتريس حالت 9 
طراحي كنترل خطي بهينه 10 
شبيه سازي 11 
پيوست 16
مقدمه: 
در اين پروژه قصد داريم تا با استفاده از روش هاي كنترل پيشرفته وضعيت عمودي هواپيمـاي دم - 
نشين با توجه به شرايط اوليه اي كه تعريف مي كنيم را كنتـرل كنـيم، مبـاحثي كـه در ايـن پـروژه 
بكارگرفته مي شوند عبارتند از فضاي حالت، خطي سازي، بررسي پايـداري، كنتـرل پـذيري ، مـشاهده 
،full state observer طراحي ،full state feedback پذيري، طراحي كنترلر انتگرالي بصورت 
براي كنترل وضعيت، طراحي مشاهده گر مينيمم رتبه و در انتها controller و observer تركيب 
كنترل خطي بهينه سيستم. 
استخراج معادلات: 
براي توليد معادلات سيستم ابتدا دستگاهه اي مختصات مورد نياز تعريف شده ، سپس فوانين نيوتن 
و اويلر نوشته مي شوند. 
تعريف دستگاههاي مختصات و بارگذاري: 
يكي از دستگاههاي مختصات را روي جسم متحرك متصل نموده، كه همان دستگاه بدني مي باشد و 
براي بررسي حركت وضعي اين دستگاه از يك دستگاه مختصات اينرسي استفاده مي كنيم و با توجه 
به اينكه در ارتفاعات كم اين شبيه سازي انجام مي شود، مي توان از دستگاه مختـصات عمـود محلـي 
استفاده نمود. 
١ 
شكل 1- نيروها و ممان ها 
θ 
Y I 
X I 
Y B 
X B 
Τ 
δ 
Μ 
g
تجزيه و تحليل نيروها و ممان ها روي دستگاه مختصات و قوانين نيوتن و اويلر: 
از آنجايي كه هيچ گونه نيرو و م مان آيروديناميكي وجود ندارد، تنها نيروهاي وزن و تراست موتـور و 
ممان ناشي از بازوي تراست هستند كه بر مركز جرم ما عمل مي كنند كه در شكل زير و معادلات 1 
مشخص شده اند. 
θ 
Y I 
Y B 
X B 
Tcosδ 
Tsinδ θ 
g 
T sin sin + T cos cos + mg = my ⇒ T cos( − ) 
= 
my 
sin cos cos cos sin( ) 
− + = ⇒ − = 
( sin ).( ) 
٢ 
شكل 2- نيروهاي موثر در مركز جرم 
Σ Σ Σ 
I 
x 
F = 
my 
I 
y 
F = 
mx 
= 
&& 
&& 
θ&& 
I 
z 
M I 
-1 
δ θ δ θ θ δ 
&& && 
T δ θ T δ θ mx T θ δ 
mx 
&& 
δ θ 
&& && 
T X I 
= 
T . 
V X I 
انتخاب حالت ها و معرفي كنترلر: 
با توجه به اين نكته كه در انتخاب متغيرهاي حالت آزاد هستيم و با تعاريف متفـاوت از متغيرهـاي 
حالت،مقادير ويژه ماتريس حالت و بنابراين مشخصه هاي سيستم ما تغيير نمي كنند، و با توجـه بـه 
نياز ما براي كنترل وضعيت عمودي هواپيما، مسافت افقي هواپيما تا ديوار (سـكوي پرتـاب ) و زاويـه 
انحراف از خط عمود بر سطح زمين را بعنوان متغيرهاي حالت و زاويـه تراسـت بعنـوان كنترلـر مـا 
انتخاب مي شوند، كه بع د از خطي سازي به معادلات 2 مي رسيم؛ در خطي سازي زوايـاي مـا كوچـك 
فرض مي شوند.
⎧ 
⎪ ⎪ ⎪ 
⎨ 
⎧ 
⎪⎪ ⎪ ⎪ 
⎨ 
٣ 
= 
X 
1 
& & 
X X 
= = 
2 1 
X = 
x 
3 
X X x 
4 3 
& 
X = 
X 
1 2 
= 
⎧ 
T X u mX 
⎪ ⎪ 
⎨ 
sin( ) 
X X 
1 4 
1 2 
X . T sin 
u IX 
. 2 
X u X u T 
X T 
3 4 
.sin 
X u T 
2 
& 
& 
X X 
3 4 
X T 
. 
. 
= − = ⎛ − ≈ − 
( ) 
⎪ ⎪ ⎪ ⎪ 
⎩ 
⎞ 
⎟⎠ 
1 sin( ) sin cos cos sin ) 
⎜⎝ 
= 
⎪ ⎪ 
⎩ 
= 
= 
= 
− = 
⇒ 
⎪ ⎪ ⎪ 
⎩ 
= 
= = 
〈〈 
X u 
m 
m 
m 
u 
I 
X 
X X 
u 
X u 
T V 
T V 
1 
, 
4 1 1 1 
& 
& 
& 
& 
& 
& & 
δ 
θ 
θ 
-2 
0 1 0 0 
0 0 0 0 
0 0 0 1 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎡ 
= 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
0 
17.442 
⎣ 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎡ 
⎡ 
T 
T X 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
− 
= 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎡ 
= 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
− 
= 
0 
10 
I 
0 
. 
0 
0 1 0 0 
0 0 0 0 
0 0 0 1 
10 0 0 0 
cos( ) 0 0 0 
. 
1 
T 
m 
B 
X u 
m 
A 
T V 
تحليل پايداري: 
از روي معادلات خطي سازي شده مي توان مقادير ويژه را حساب نمود و با توجه به علامـت و مقـدار 
آن راجع به پايداري سيستم اظهار نظر كرد، همانگونه كه در رابطه 3 مشاهده مي كنيد كليه مقـادير 
ويژه در مبدأ قرار دارند، پس سيستم از لحاظ پايداري، پايداري خنثي دارد. 
-3 
0 0 
1 0 0 
0 0 0 
0 0 1 
0 0 
1 2 3 4 = ⇒ = = = = 
بررسي كنترل پذيري: 
در صورتي كه ماتريس رابطه 4 مرتبه كامل باشد، سيستم ما كنترل پذير خواهد بود. 
− 
− 
− 
− = λ λ λ λ 
λ 
λ 
λ 
λ 
λ 
T 
m 
I A
2 3 
P B AB A B A B 
T X 
⎧ 
⎪ ⎪ 
⎨ 
٤ 
-4 
[ ] 
0 0 0 
T X 
m I 
T 
m 
T X 
T 
⎡ 
= 
Pis full rank controllable 
T X 
m I 
m 
I 
I 
P 
T V 
T V 
T V 
T V 
⇒ ⇒ 
= ≠ 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
0 17.442 0 0 
17.442 0 0 0 
0 10 0 174.41 
⎦ 
⎡ 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
− 
− 
= 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
− 
− 
= 
9.25 0 
10 0 174.41 0 
0 
. 
. 
0 
. 
. 
0 0 
. 
0 0 
. 
0 
. 
2 
. 
2 
. 
. 
طراحي كنترلر انتگرال دار از نوع اول: 
با توجه به اينكه سيستم اصلي ما داراي قطب در صفر مي باشد و خود سيستم داراي انتگرال گير 
است، پس در فرآيند طراحي نيازي به قرار دادن يكي از مقادير قطب در صفر براي طراحي سيستم 
مطلوب نمي باشد. 
جايدهي قطبها: 
از طريق جايدهي قطبهاست كه خواص سيستم در پايـداري و ميـزان مقاومـت آن بـه اخـتلالات را 
تعيين مي كنيم، قطبهاي انتخابي بايد وظايفي را بر عهده گيرند از جمله: 
-1 كاهش خطاي ماندگار 
-2 پاسخ سريع به ورودي ها 
-3 مقاومت در برابر نويز 
-4 پايداري سيستم 
كه عواملي درگير با هم بوده و تقويت يكي موجب تضعيف ديگري خواهد شد و انتخـاب آنهـا ، بـه 
اهميت فرد طراح در مورد هر خاصيت با توجه به مسأله طراحي بستگي دارد. 
در اين پروژه با توجه به نياز به تعريف 4 قطب، از 1 قطب مـزدوج بـراي كـاهش خطـاي مانـدگار 
(خاصيت نوساني ) و دو ق طب حقيقي منفي دورتر براي تأمين پايداري سيستم استفاده مـي كنـيم، 
براي طراحي قطب هاي مزدوج از خواص فركانس طبيعي و ضريب ميرايـي كـه خـود مـي توانـد از 
زمان قرار و ميزان فراجهش سيستم ، طبق روابط 5 استفاده م يشود، تأمين مي گردند. 
⎪ ⎪ 
⎩ 
− 
O S 
ln( . ) 
Π + 
= 
= 
ln ( . ) 
4 
2 2 O S 
t 
n 
s 
ζ 
ζω 
-5
با توجه به گراف رسم شده براي كنترلر انتگرال دار نوع اول، روابط فضاي حالت مـا طبـق 6 خواهـد 
بود. 
⎩ ⎨ ⎧ 
B 
K 
t O S 
⎧ 
⎪ ⎪ ⎪ 
O S 
⎨ 
⎧ 
٥ 
A 
C 
شكل 3- سيستم كنترلي انتگرال دار روي متغيرهاي حالت 
X A BK X BV 
X = AX + 
BU ⇒ = − + 
U = V − 
KX 
& ( ) 
& 
-6 
در اينجا مقادير زمان قرار و ميزان فراجهش و دو قطب ديگر به صورت زير انتخاب شده اند: 
ω 
⎩ ⎨ ⎧ 
= 
= 
⇒ 
⎪ ⎪ ⎪ 
⎩ 
4 , ln( . ) 
. 20% 
= 
= 
− 
2 2 
Π + 
= = 
1.2533 
.4559 
7sec 
ln ( . ) 
ζ 
ζ 
ζω 
n 
s 
n 
s 
t 
O S 
⎪⎩ 
⎪⎨ 
S + 2 ζω S + ω 
= S + 1.1429 S + 1.5707 ⇒ S = − .5714 ± 
1.1154 
i n n = − 
4 
7 
= − 
3 
4 
1,2 
2 2 2 
S 
S 
كه در نهايت سيستم دلخواه ما بصورت زير خواهد بود: 
Desired : (S + 4)(S + 7)(S 2 +1.1429S +1.5707)= S 4 +12.1429S 3 + 42.1421S 2 + 49.2776S + 43.9793 
با برابر قرار دادن مقادير ويژه مطلوب و سيستم مطلوب ضرايب كنترلي ما بدست مي آيند.
SI A BK SI A 
det( − ( − )) = det( − 
) 
− − = 
1 0 0 
k s k k k 
17.4417 17.4417 17.4417 17.4417 
1 2 3 4 
s 
0 0 1 
SI A BK S k k S k k S k S k 
det( ( )) (17.4417 10 ) (17.4417 10 ) (174.4169 ) 174.42 0 
٦ 
− 
+ 
− 
− − − − − 
⎫ 
⎪ ⎪ 
⎬ 
⎪ ⎪ 
⎭ 
⎧ 
⎪ ⎪ 
⎨ 
⎪ ⎪ 
⎩ 
⇒ = 
⎫ 
⎪ ⎪ 
⎬ 
⎪ ⎪ 
⎭ 
⎧ 
⎪ ⎪ 
⎨ 
⎪ ⎪ 
⎩ 
⇒ = 
⎧ 
⎪ ⎪ 
⎨ 
⎪ ⎪ 
⎩ 
= 
= 
= 
= 
⇒ 
− − = + − + − + + = 
2.5607 
.8582 
.2522 
.2825 
2.5607 
.8582 
.2522 
.2825 
10 10 10 10 10 
det( ( )) 
k 
1 
2 
3 
4 
k 
1 
2 
3 
4 
4 3 
2 
1 3 
3 
2 4 
4 
1 2 3 4 
K 
k 
k 
k 
K 
k 
k 
k 
k k k s k 
s 
SI A BK 
و در نهايت ماتريس حالت ما بفرم زير خواهد بود: 
A A BK new ~ = − 
شبيه سازي: 
نتايج بدست آمده با مقدار اوليه 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
pi 
10* /180 
⎡ 
= 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
.1* /180 
2 
.01 
0 
pi 
x 
شكل 4- نتايج بدست آمده شبي هسازي قسمت 6 پروژه
0 0 1 0 
0 0 0 1 
0 0 0 
T 
0 0 0 
m 
T 
m 
C 
CA 
⎧ 
= 
⎪ ⎪ 
⎨ 
CA 
CA 
Q 
⎡ 
= 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
0 0 1 0 
0 0 0 1 
10 0 0 0 
⎣ 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎡ 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
= 
⎫ 
⎪ ⎪ 
⎬ 
⎪ ⎪ 
⎭ 
⎪ ⎪ 
⎩ 
0 10 0 0 
2 
3 
Q Qis full rank Observable 
0 
≠ ⇒ ⇒ 
ˆ ) ( ) ˆ ( ˆ ˆ& 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
x Ax Bu K y y A K C x Bu K y 
٧ 
بررسي مشاهده پذيري: 
در صورتي كه ماتريس رابطه 7 مرتبه كامل باشد، سيستم ما مشاهده پذير خواهد بود 
-7 
طراحي مشاهده گر: 
با توجه به شـكل زيـر روابـط 9 بـراي 
معادله تخمين گر صادق مي باشد. 
= + + − = − + + 
( ) 
SI A K C SI A 
e 
e e e 
− − = − 
-9 
شكل 5- مشاهده گر 
با جايگذاري ماتريس هاي حالت به رابطه زير براي تعيين ضرايب تخمين گر مي رسيم: 
3 4 1 2 
s k 
1 0 
e 
1 
s k 
0 0 
s k 
0 0 1 
4 
3 
2 
10 10 
10 0 
4 3 2 
e e e e 
e 
e 
e 
S k S k S k S k 
k s 
= + + + + 
− 
+ − 
− 
با توجه به نوع مسأله نياز به انتخاب 4 قطب داريم كه با توجه بـه خاصـيت مـشاهده گـر كـه بايـد 
سريعتر از خود سيستم اصلي پاسخ دهد، بايد اين قطبهـا كمـي دورتـر نـسبت بـه قطبهـاي اصـلي 
سيستم قرار گيرند ، كه براي اين مسأله به صورت زير در نظر گرفته م يشـود (چـون بايـد سـريعتر از 
خود سيستم جواب دهد زمان قرار در 4 ثانيه و دو قطب ديگر دورتر انتخاب شده اند).
⎧ 
⎪⎩ 
⎪⎨ 
⎧ 
⎪ ⎪ 
⎨ 
٨ 
= 
.4559 
5sec 
t 
O S 
ω 
S + 2 S + = S + 1.6 S + 3.0785 ⇒ S = − .8 ± 
1.5616 
i 
= − 
7 
= − 
⎩ ⎨ ⎧ 
= 
⇒ 
⎩ ⎨ ⎧ 
= 
= 
9 
1.7546 
. 20% 
3 
4 
1,2 
2 2 2 
S 
S 
n n 
n 
s 
ζω ω 
ζ 
desired : S 4 +13.66S 3 + 64.92S 2 +142.06S +169.8 
⎪ ⎪ 
⎩ 
= 
= 
= 
= 
15.0057 
19.3949 
17.6 
91.6785 
e 
3 
2 
e 
e 
1 
2 
e 
k 
k 
k 
k 
شبيه سازي: 
نتايج بدست آمده با مقدار اوليه 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
pi 
10* /180 
⎡ 
= 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
.1* /180 
2 
.01 
0 
pi 
x 
شكل 6- نتايج بدست آمده شبي هسازي قسمت 9 پروژه 
طراحي مشاهده گر كاهش مرتبه، از روش ليونبرگر: 
براي شروع طراحي در ابتدا بايد مشاهده پذيري سيستم چك شود، در صورت مشاهده پذيري امكـان 
ادامه كار وجود دارد؛ از آنجا كه مشاهده گر بايد سريعتر از سيستم واقعي پاسخ دهد، كافيست كمـ ي 
را تشكيل دهيم، سـپس بـا D دورتر از مقادير ويژه سيستم واقعي قطبها را در نظر گرفته و ماتريس
C 
مـا مرتبـه 
⎧ 
C 
C 
A 
⎤ 
⎡ 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎡ 
= 
⎡ 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
− 
⎤ 
A A A A 
A A A C 
٩ 
⎤ 
انتخاب ماتريس G خواه بايد بطور دل T ⎥اي بيابيم كـه در نهايـت مـاتريس گونه را به ⎦ 
⎡ 
T 
⎢⎣ 
( كامل باشد.(روابط 10 
-10 
⎪⎩ 
⎪⎨ 
D EU Gy 
= + + 
DT TA GC 
= 
− + = 
E TB 
0 
ζ& ζ 
در مرحله اول مشاهده مي كنيم كه يكـي از متغيرهـاي حالـت را مـي تـوانيم در خروجـي محاسـبه 
پس با توجه به تعداد كل متغيرهاي حالت تنها نياز به طراحي مشاهده گر رتبه 3 داريم. ،(θ& ) كنيم 
براي شروع به تست مشاهده پذيري سيستم مي پردازيم: 
[ ] 
rank Q our sys isn t observable 
0 1 0 0 
C 
CA 
⎡ 
= 
CA 
CA 
Q 
( ) 0 ' 
0 1 0 0 
0 0 0 0 
⎤ 
⎡ 
= 
⎤ 
2 ⇒ = ⇒ 
0 0 0 0 
0 0 0 0 
3 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
= 
پس امكان ادامه كار وجود ندارد. 
طراحي مشاهده گر كاهش مرتبه، از روش پارتيشن بندي ماتريس حالت: 
در اين روش كافيست در ابتدا كليه متغيرهاي حالتي را كه در خروجي قابل اندازه گيري هـستند بـه 
بالاترين رديف ماتريس حالت آورده و كليه ماتريس هاي حالت و كنترل را مرتب مي كنيم، سپس بـا 
جداكردن مقادير قابل اندازه گيري به صورت پارتيشن بندي از ساير درايه هـا (مطـابق روابـط 11 )، در 
نهايت ماتريس حالت جديد و ماتريس خروجي جديد را تعريف كـرده و بقيـه رونـد طراحـي مـشابه 
روش طراحي مشاهده گر رتبه كامل خواهد بود. 
-11 
[ ] 
0 1 0 0 
0 0 0 0 
0 1 0 0 
0 0 0 1 
10 0 0 0 
[ ] 
17.4417 
0 
0 
10 
aa ab ba bb 
; ; 
0 
0 
= = 
new bb ba 
SI A K C SI A K A 
( ) ( ) 
1 0 0 
0 0 1 
0 0 0 
; 
10 
0; 0 0 0 ; 
e bb e ab 
B 
∴ − − = − − 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎡ 
= 
⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
= = = 
= 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
=
نمي توان قطبهاي مشاهده گر Ke پس به ازاي هيچ مقداري از ، Aab = [ با توجه به اينكه [ 0 0 0 
را در محل مورد نظر خواسته شده طراح قرار داد، پس با اين روش هم امكان طراحـي مـشاهده گـر 
كاهش مرتبه وجود ندارد. 
طراحي كنترل خطي بهينه: 
∞ ∗ ∫ 
J = x Q x + 
u Ru dt 
k R B P 
u kx 
⎧ 
⎪ ⎪ ⎪ 
Q 
⎨ 
١٠ 
كه خود از معادله ريكاتي استخراج مي شود، استفاده مي كنيم. LQR براي اين منظور از روش 
0 
* 
( ) 
1 * 
0 
* 1 * 
+ + − = 
= 
− 
− 
A P PA Q PBR B P 
-12 
پرداخته و طبق رونـد اثبـات در كتـاب تنهـا P به محاسبه ماتريس Q و R با انتخاب ماتريس هاي 
و متعاقـب P كه مثبت و تعريف شده باشند، قابل قبول خواهند بود؛ بعـد از محاسـبه P مقاديري از 
از روابط 12 فرمان كنترلي و معادله حالت جديد بدست مي آيند. ، k آن 
x A Bk x 
= − 
x Ax Bu 
⇒ = ( − ) 
⎩ ⎨ ⎧ 
= + 
& 
& 
به صورت زير تعريف شده كه نتايج آن نيز محاسبه شده اند. R و Q در اينجا ماتريس 
⎧ 
⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ 
⎨ 
⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ 
⎩ 
2.2241 .4297 .3255 .4372 
.4297 .1157 .0747 .989 
.3255 .0747 .1573 .0987 
.4372 .0989 .0987 .1227 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎡ 
= 
3.1217 
⎡ 
= 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
1.0292 
⎣ 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
⇒ 
⎪ ⎪ ⎪ 
⎩ 
1 0 0 0 
⎡ 
= 
= 
⎤ 
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 
⎦ 
⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 
⎣ 
.3162 
.4974 
1 
0 .2 0 0 
0 0 .1 0 
0 0 0 .05 
P 
K 
R 
با توجه به خواست مسأله تنها به يكي از متغيرهاي حالت ،(K) بعد از بدست آوردن مقادير كنترلي 
مقدار اوليه وارد كرده و رفتار كنترلر را بررسي مي كنيم؛ توجه به اين نكته لازم اسـت θ& يا θ اوليه 
0 راديان اسـتفاده كـرديم، پـس در كليـه / كه ما از خطي سازي در زواياي ورودي كوچك حدود 25 
0 راديان را بايد دارا باشند. / شبيه سازي ها ورودي ما كه بصورت پله تعريف شده حداكثر مقدار 25
١١ 
شبيه سازي: 
با شرايط اوليه متفاوت LQR به كمك θ شكل 7- تغييرات 
با شرايط اوليه متفاوت LQR به كمك θ& شكل 8- تغييرات
١٢ 
با شرايط اوليه متفاوت LQR به كمك X شكل 9- تغييرات 
با شرايط اوليه متفاوت LQR به كمك X& شكل 10 - تغييرات
نتايج: 
-1 همانگونه كه در شكل 6 مشخص اسـت، قطـب هـاي مـشاهده گـر در قطـب هـاي كنترلـر تـأثيري 
نمي گذارند و تنها زمان پاسخ گويي سيستم سريعت ر مـي شـود (كـاربرد در سيـستم هـاي واقعـي، وارد 
كردن كنترلر مناسب بصورت سريعتر) ، البته در لحظه هاي اوليه كمي مقادير تفاوت جزئي دارند. 
-2 روش هاي طراحي مشاهده گر كاهش مرتبه، همانند مشاه ده گر مرتبه كامل نياز به مشاهده پذيري 
سيستم دارد. 
١٣ 
-3 رفتار متغير حالت مشاهده گر بسيار شبيه به رفتار متغير حالت كنترلر، در طي زمان مي باشد.
١٤
١٥
١٦ 
پيوست: 
كد برنامه هاي استفاده شده در شبيه سازي: 
clc 
clear all 
m=46;%[Kg] 
T=2*230;%thrust 
I_yy=24; 
X_TV=.91; 
A=[0 1 0 0; 
0 0 0 0; 
0 0 0 1; 
T/m 0 0 0;]; 
B=[0; 
T*X_TV/I_yy; 
0; 
-T/m]; 
C=[0 1 0 0]; 
%controllability check 
P=[B A*B (A^2)*B (A^3)*B]; 
if det(P)~=0 
disp('our sys is controllable') 
else 
disp('our sys is uncontrollable') 
end 
%observability check 
N=[ C; 
C*A; 
C*(A^2); 
C*(A^3)]; 
if det(N)~=0 
disp('our sys is observable') 
else 
disp('our sys is unobservable') 
end 
Q=[1 0 0 0; 
0 .2 0 0; 
0 0 .1 0; 
0 0 0 .05]; 
R=1; 
[K,p] = LQR(A,B,Q,R) 
clc 
clear all 
do_u='y'; 
while do_u=='y' 
t_s=input('please enter ts= '); 
o_s=input('please enter O.S(%)= '); 
o_s=o_s/100; 
zita=-log(o_s)/(sqrt(pi^2+(log(o_s))^2)); 
omega_n=4/(zita*t_s); 
a=1;b=2*zita*omega_n;c=omega_n^2; 
P1=[a b c]; 
root_s=roots(P1) 
P2=input('please enter ploe1= '); 
P3=input('please enter plole2= ');
pre=conv(P1,[a P2]); 
pre=conv(pre,[a P3]); 
k3=pre(5)/174.4169; 
k4=pre(4)/174.4169; 
k1=(pre(3)+10*k3)/17.4417; 
k2=(pre(2)+(10*k4))/17.4417; 
char_mat=['<k1= ' num2str(k1) '> <k2= ' num2str(k2) '> <k3= ' 
num2str(k3) '> <k4= ' num2str(k4) '>']; 
disp(char_mat) 
do_u=input('do u want to do again?(y/n)','s'); 
if do_u=='n' 
١٧ 
break 
end 
end 
clc 
clear all 
do_u='y'; 
while do_u=='y' 
t_s=input('please enter ts= '); 
o_s=input('please enter O.S(%)= '); 
o_s=o_s/100; 
zita=-log(o_s)/(sqrt(pi^2+(log(o_s))^2)); 
omega_n=4/(zita*t_s); 
a=1;b=2*zita*omega_n;c=omega_n^2; 
P1=[a b c]; 
root_s=roots(P1) 
P2=input('please enter ploe1= '); 
P3=input('please enter plole2= '); 
pre=conv(P1,[a P2]); 
pre=conv(pre,[a P3]); 
k3=pre(2); 
k4=pre(3); 
k1=pre(4)/10; 
k2=pre(5)/10; 
char_mat=['<k1= ' num2str(k1) '> <k2= ' num2str(k2) '> <k3= ' 
num2str(k3) '> <k4= ' num2str(k4) '>']; 
disp(char_mat) 
do_u=input('do u want to do again?(y/n)','s'); 
if do_u=='n' 
break 
end 
end 
!Error
١٨ 
سيمولينک کد شيبه سازی قسمت ۶ پروژه 
سيمولينک کد شيبه سازی قسمت ٩ پروژه
١٩ 
پروژه lqr سيمولينک کد شيبه سازی قسمت

More Related Content

Viewers also liked

Introduction to Recurrent Neural Network with Application to Sentiment Analys...
Introduction to Recurrent Neural Network with Application to Sentiment Analys...Introduction to Recurrent Neural Network with Application to Sentiment Analys...
Introduction to Recurrent Neural Network with Application to Sentiment Analys...Artifacia
 
Aplication of artificial neural network in cancer diagnosis
Aplication of artificial neural network in cancer diagnosisAplication of artificial neural network in cancer diagnosis
Aplication of artificial neural network in cancer diagnosisSaeid Afshar
 
Gc ms(mr.s)
Gc ms(mr.s)Gc ms(mr.s)
Gc ms(mr.s)22suresh
 
شبکه های عصبی مصنوعی
شبکه های عصبی مصنوعیشبکه های عصبی مصنوعی
شبکه های عصبی مصنوعیdataminers.ir
 
Artificial neural network for concrete mix design
Artificial neural network for concrete mix designArtificial neural network for concrete mix design
Artificial neural network for concrete mix designMonjurul Shuvo
 
Artificial neural networks in food industry
Artificial neural networks in food industryArtificial neural networks in food industry
Artificial neural networks in food industryPragati Singham
 
Gc ms techniques SEM4 PAPER2 MITHIBAI COLLEGE
Gc ms techniques SEM4 PAPER2 MITHIBAI COLLEGEGc ms techniques SEM4 PAPER2 MITHIBAI COLLEGE
Gc ms techniques SEM4 PAPER2 MITHIBAI COLLEGEPradeep Jaiswal
 
Artificial neural network
Artificial neural networkArtificial neural network
Artificial neural networkIldar Nurgaliev
 
Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-an introduction
Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-an introductionGas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-an introduction
Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-an introductionRaj Kumar
 
mass spectrometry for pesticides residue analysis- L1
mass spectrometry for pesticides residue analysis- L1mass spectrometry for pesticides residue analysis- L1
mass spectrometry for pesticides residue analysis- L1sherif Taha
 
gas chromatography (GC)
gas chromatography (GC)gas chromatography (GC)
gas chromatography (GC)ummiabah
 
Gas chromatography mass spectrometry
Gas chromatography mass spectrometryGas chromatography mass spectrometry
Gas chromatography mass spectrometryAntara Sengupta
 
Artificial Intelligence: Artificial Neural Networks
Artificial Intelligence: Artificial Neural NetworksArtificial Intelligence: Artificial Neural Networks
Artificial Intelligence: Artificial Neural NetworksThe Integral Worm
 
Handwritten character recognition using artificial neural network
Handwritten character recognition using artificial neural networkHandwritten character recognition using artificial neural network
Handwritten character recognition using artificial neural networkHarshana Madusanka Jayamaha
 
Artificial Neural Network(Artificial intelligence)
Artificial Neural Network(Artificial intelligence)Artificial Neural Network(Artificial intelligence)
Artificial Neural Network(Artificial intelligence)spartacus131211
 

Viewers also liked (20)

Introduction to Recurrent Neural Network with Application to Sentiment Analys...
Introduction to Recurrent Neural Network with Application to Sentiment Analys...Introduction to Recurrent Neural Network with Application to Sentiment Analys...
Introduction to Recurrent Neural Network with Application to Sentiment Analys...
 
Artificial Neural Network Topology
Artificial Neural Network TopologyArtificial Neural Network Topology
Artificial Neural Network Topology
 
Aplication of artificial neural network in cancer diagnosis
Aplication of artificial neural network in cancer diagnosisAplication of artificial neural network in cancer diagnosis
Aplication of artificial neural network in cancer diagnosis
 
Gc ms(mr.s)
Gc ms(mr.s)Gc ms(mr.s)
Gc ms(mr.s)
 
شبکه های عصبی مصنوعی
شبکه های عصبی مصنوعیشبکه های عصبی مصنوعی
شبکه های عصبی مصنوعی
 
Artificial neural network for concrete mix design
Artificial neural network for concrete mix designArtificial neural network for concrete mix design
Artificial neural network for concrete mix design
 
Intoduction to Neural Network
Intoduction to Neural NetworkIntoduction to Neural Network
Intoduction to Neural Network
 
Artificial neural networks in food industry
Artificial neural networks in food industryArtificial neural networks in food industry
Artificial neural networks in food industry
 
Gc ms techniques SEM4 PAPER2 MITHIBAI COLLEGE
Gc ms techniques SEM4 PAPER2 MITHIBAI COLLEGEGc ms techniques SEM4 PAPER2 MITHIBAI COLLEGE
Gc ms techniques SEM4 PAPER2 MITHIBAI COLLEGE
 
Artificial neural network
Artificial neural networkArtificial neural network
Artificial neural network
 
Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-an introduction
Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-an introductionGas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-an introduction
Gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-an introduction
 
mass spectrometry for pesticides residue analysis- L1
mass spectrometry for pesticides residue analysis- L1mass spectrometry for pesticides residue analysis- L1
mass spectrometry for pesticides residue analysis- L1
 
gas chromatography (GC)
gas chromatography (GC)gas chromatography (GC)
gas chromatography (GC)
 
Gas chromatography GC
Gas chromatography GCGas chromatography GC
Gas chromatography GC
 
Gas chromatography mass spectrometry
Gas chromatography mass spectrometryGas chromatography mass spectrometry
Gas chromatography mass spectrometry
 
Artificial Intelligence: Artificial Neural Networks
Artificial Intelligence: Artificial Neural NetworksArtificial Intelligence: Artificial Neural Networks
Artificial Intelligence: Artificial Neural Networks
 
Handwritten character recognition using artificial neural network
Handwritten character recognition using artificial neural networkHandwritten character recognition using artificial neural network
Handwritten character recognition using artificial neural network
 
Mass spectrometer
Mass spectrometerMass spectrometer
Mass spectrometer
 
Artificial Neural Network(Artificial intelligence)
Artificial Neural Network(Artificial intelligence)Artificial Neural Network(Artificial intelligence)
Artificial Neural Network(Artificial intelligence)
 
Mass spectrometry
Mass spectrometryMass spectrometry
Mass spectrometry
 

Similar to 86203954_prj

جزوه کنترل مدرن دکتر روح اله برزمینی بخش دوم
جزوه کنترل مدرن دکتر روح اله برزمینی بخش دومجزوه کنترل مدرن دکتر روح اله برزمینی بخش دوم
جزوه کنترل مدرن دکتر روح اله برزمینی بخش دومPourya Parsa
 
نگار پژوه :: نکات مربوط به کنترل ارتعاشات سازه
نگار پژوه :: نکات مربوط به کنترل ارتعاشات سازه نگار پژوه :: نکات مربوط به کنترل ارتعاشات سازه
نگار پژوه :: نکات مربوط به کنترل ارتعاشات سازه Mojtaba Hasanlu
 
#1_AAA_control_system(2).pdf
#1_AAA_control_system(2).pdf#1_AAA_control_system(2).pdf
#1_AAA_control_system(2).pdfSanazGerameifar
 
نگار پژوه :: سینماتیک و کنترل بازوی رباتیکی با استفاده از تئوری کواترن دو گان...
نگار پژوه :: سینماتیک و کنترل بازوی رباتیکی با استفاده از تئوری کواترن دو گان...نگار پژوه :: سینماتیک و کنترل بازوی رباتیکی با استفاده از تئوری کواترن دو گان...
نگار پژوه :: سینماتیک و کنترل بازوی رباتیکی با استفاده از تئوری کواترن دو گان...Mojtaba Hasanlu
 
Finite element method chapter 1-part 3
Finite element method chapter 1-part 3Finite element method chapter 1-part 3
Finite element method chapter 1-part 3forgotteniman
 
گزارش کار برنامه نویسی
گزارش کار برنامه نویسیگزارش کار برنامه نویسی
گزارش کار برنامه نویسیsara aftabi
 
teleoperationنگار پژوه :: تله اپراتور برای آموزش جراحی رباتیک
teleoperationنگار پژوه :: تله اپراتور  برای آموزش جراحی رباتیکteleoperationنگار پژوه :: تله اپراتور  برای آموزش جراحی رباتیک
teleoperationنگار پژوه :: تله اپراتور برای آموزش جراحی رباتیکMojtaba Hasanlu
 
آزمایشگاه ژئوفیزیک
آزمایشگاه ژئوفیزیکآزمایشگاه ژئوفیزیک
آزمایشگاه ژئوفیزیکKoorosh Parvaz
 
نگار پژوه :: آموزش کاربردی بهینه سازی الگوریتم ازدحام ذرات چند هدفه
نگار پژوه :: آموزش کاربردی بهینه سازی الگوریتم ازدحام ذرات چند هدفهنگار پژوه :: آموزش کاربردی بهینه سازی الگوریتم ازدحام ذرات چند هدفه
نگار پژوه :: آموزش کاربردی بهینه سازی الگوریتم ازدحام ذرات چند هدفهMojtaba Hasanlu
 
بکارگیری وصله­های پیزوالکتریک بصورت حسگر و عملگر به منظور دمپینگ ارتعاشی تیر...
بکارگیری وصله­های پیزوالکتریک بصورت حسگر و عملگر به منظور دمپینگ  ارتعاشی تیر...بکارگیری وصله­های پیزوالکتریک بصورت حسگر و عملگر به منظور دمپینگ  ارتعاشی تیر...
بکارگیری وصله­های پیزوالکتریک بصورت حسگر و عملگر به منظور دمپینگ ارتعاشی تیر...Shanghai Jiao Tong University
 
آموزش طراحی کنترل پیش بین مبتنی بر مدل یا MPC در متلب
آموزش طراحی کنترل پیش بین مبتنی بر مدل یا MPC در متلبآموزش طراحی کنترل پیش بین مبتنی بر مدل یا MPC در متلب
آموزش طراحی کنترل پیش بین مبتنی بر مدل یا MPC در متلبfaradars
 
Cannon's algorithm in matrices multiply
Cannon's algorithm in matrices multiplyCannon's algorithm in matrices multiply
Cannon's algorithm in matrices multiplyhadikarimi2020
 

Similar to 86203954_prj (20)

ترسیم کمپل دیاگرام روتور
ترسیم کمپل دیاگرام روتورترسیم کمپل دیاگرام روتور
ترسیم کمپل دیاگرام روتور
 
جزوه کنترل مدرن دکتر روح اله برزمینی بخش دوم
جزوه کنترل مدرن دکتر روح اله برزمینی بخش دومجزوه کنترل مدرن دکتر روح اله برزمینی بخش دوم
جزوه کنترل مدرن دکتر روح اله برزمینی بخش دوم
 
نگار پژوه :: نکات مربوط به کنترل ارتعاشات سازه
نگار پژوه :: نکات مربوط به کنترل ارتعاشات سازه نگار پژوه :: نکات مربوط به کنترل ارتعاشات سازه
نگار پژوه :: نکات مربوط به کنترل ارتعاشات سازه
 
#1_AAA_control_system(2).pdf
#1_AAA_control_system(2).pdf#1_AAA_control_system(2).pdf
#1_AAA_control_system(2).pdf
 
Vibration
VibrationVibration
Vibration
 
report
reportreport
report
 
winter
winterwinter
winter
 
winter
winterwinter
winter
 
نگار پژوه :: سینماتیک و کنترل بازوی رباتیکی با استفاده از تئوری کواترن دو گان...
نگار پژوه :: سینماتیک و کنترل بازوی رباتیکی با استفاده از تئوری کواترن دو گان...نگار پژوه :: سینماتیک و کنترل بازوی رباتیکی با استفاده از تئوری کواترن دو گان...
نگار پژوه :: سینماتیک و کنترل بازوی رباتیکی با استفاده از تئوری کواترن دو گان...
 
Finite element method chapter 1-part 3
Finite element method chapter 1-part 3Finite element method chapter 1-part 3
Finite element method chapter 1-part 3
 
گزارش کار برنامه نویسی
گزارش کار برنامه نویسیگزارش کار برنامه نویسی
گزارش کار برنامه نویسی
 
teleoperationنگار پژوه :: تله اپراتور برای آموزش جراحی رباتیک
teleoperationنگار پژوه :: تله اپراتور  برای آموزش جراحی رباتیکteleoperationنگار پژوه :: تله اپراتور  برای آموزش جراحی رباتیک
teleoperationنگار پژوه :: تله اپراتور برای آموزش جراحی رباتیک
 
آزمایشگاه ژئوفیزیک
آزمایشگاه ژئوفیزیکآزمایشگاه ژئوفیزیک
آزمایشگاه ژئوفیزیک
 
Flowchart
FlowchartFlowchart
Flowchart
 
report
reportreport
report
 
نگار پژوه :: آموزش کاربردی بهینه سازی الگوریتم ازدحام ذرات چند هدفه
نگار پژوه :: آموزش کاربردی بهینه سازی الگوریتم ازدحام ذرات چند هدفهنگار پژوه :: آموزش کاربردی بهینه سازی الگوریتم ازدحام ذرات چند هدفه
نگار پژوه :: آموزش کاربردی بهینه سازی الگوریتم ازدحام ذرات چند هدفه
 
بکارگیری وصله­های پیزوالکتریک بصورت حسگر و عملگر به منظور دمپینگ ارتعاشی تیر...
بکارگیری وصله­های پیزوالکتریک بصورت حسگر و عملگر به منظور دمپینگ  ارتعاشی تیر...بکارگیری وصله­های پیزوالکتریک بصورت حسگر و عملگر به منظور دمپینگ  ارتعاشی تیر...
بکارگیری وصله­های پیزوالکتریک بصورت حسگر و عملگر به منظور دمپینگ ارتعاشی تیر...
 
Presentation1
Presentation1Presentation1
Presentation1
 
آموزش طراحی کنترل پیش بین مبتنی بر مدل یا MPC در متلب
آموزش طراحی کنترل پیش بین مبتنی بر مدل یا MPC در متلبآموزش طراحی کنترل پیش بین مبتنی بر مدل یا MPC در متلب
آموزش طراحی کنترل پیش بین مبتنی بر مدل یا MPC در متلب
 
Cannon's algorithm in matrices multiply
Cannon's algorithm in matrices multiplyCannon's algorithm in matrices multiply
Cannon's algorithm in matrices multiply
 

More from Shakib Sharifian (7)

Report #6
Report #6Report #6
Report #6
 
report #5
report #5report #5
report #5
 
report #4
report #4report #4
report #4
 
report #3
report #3report #3
report #3
 
report #2
report #2report #2
report #2
 
report #1
report #1report #1
report #1
 
Paper18
Paper18Paper18
Paper18
 

86203954_prj

  • 1. پروژه كنترل پيشرفته (هواپيماي دم -نشين) استاد: دکتر ثقفی دانشجو: شکيب شريفيان ٨۶٢٠٣٩۶۴ زمستان ٨٧
  • 2.
  • 3. فهرست: مقدمه 1 استخراج معادلات 1 تعريف دستگاههاي مختصات و بارگذاري 1 تجزيه و تحليل نيروها و ممان ها روي دستگاه مختصات و قوانين نيوتن و اويلر 2 انتخاب حالت ها و معرفي كنترلر 2 تحليل پايداري 3 بررسي كنترل پذيري 3 طراحي كنترلر انتگرال دار از نوع اول 4 شبيه سازي 6 بررسي مشاهده پذيري 7 طراحي مشاهده گر 8 شبيه سازي 8 طراحي مشاهده گر كاهش مرتبه، از روش ليونبرگر 8 طراحي مشاهده گر كاهش مرتبه، از روش پارتيشن بندي ماتريس حالت 9 طراحي كنترل خطي بهينه 10 شبيه سازي 11 پيوست 16
  • 4. مقدمه: در اين پروژه قصد داريم تا با استفاده از روش هاي كنترل پيشرفته وضعيت عمودي هواپيمـاي دم - نشين با توجه به شرايط اوليه اي كه تعريف مي كنيم را كنتـرل كنـيم، مبـاحثي كـه در ايـن پـروژه بكارگرفته مي شوند عبارتند از فضاي حالت، خطي سازي، بررسي پايـداري، كنتـرل پـذيري ، مـشاهده ،full state observer طراحي ،full state feedback پذيري، طراحي كنترلر انتگرالي بصورت براي كنترل وضعيت، طراحي مشاهده گر مينيمم رتبه و در انتها controller و observer تركيب كنترل خطي بهينه سيستم. استخراج معادلات: براي توليد معادلات سيستم ابتدا دستگاهه اي مختصات مورد نياز تعريف شده ، سپس فوانين نيوتن و اويلر نوشته مي شوند. تعريف دستگاههاي مختصات و بارگذاري: يكي از دستگاههاي مختصات را روي جسم متحرك متصل نموده، كه همان دستگاه بدني مي باشد و براي بررسي حركت وضعي اين دستگاه از يك دستگاه مختصات اينرسي استفاده مي كنيم و با توجه به اينكه در ارتفاعات كم اين شبيه سازي انجام مي شود، مي توان از دستگاه مختـصات عمـود محلـي استفاده نمود. ١ شكل 1- نيروها و ممان ها θ Y I X I Y B X B Τ δ Μ g
  • 5. تجزيه و تحليل نيروها و ممان ها روي دستگاه مختصات و قوانين نيوتن و اويلر: از آنجايي كه هيچ گونه نيرو و م مان آيروديناميكي وجود ندارد، تنها نيروهاي وزن و تراست موتـور و ممان ناشي از بازوي تراست هستند كه بر مركز جرم ما عمل مي كنند كه در شكل زير و معادلات 1 مشخص شده اند. θ Y I Y B X B Tcosδ Tsinδ θ g T sin sin + T cos cos + mg = my ⇒ T cos( − ) = my sin cos cos cos sin( ) − + = ⇒ − = ( sin ).( ) ٢ شكل 2- نيروهاي موثر در مركز جرم Σ Σ Σ I x F = my I y F = mx = && && θ&& I z M I -1 δ θ δ θ θ δ && && T δ θ T δ θ mx T θ δ mx && δ θ && && T X I = T . V X I انتخاب حالت ها و معرفي كنترلر: با توجه به اين نكته كه در انتخاب متغيرهاي حالت آزاد هستيم و با تعاريف متفـاوت از متغيرهـاي حالت،مقادير ويژه ماتريس حالت و بنابراين مشخصه هاي سيستم ما تغيير نمي كنند، و با توجـه بـه نياز ما براي كنترل وضعيت عمودي هواپيما، مسافت افقي هواپيما تا ديوار (سـكوي پرتـاب ) و زاويـه انحراف از خط عمود بر سطح زمين را بعنوان متغيرهاي حالت و زاويـه تراسـت بعنـوان كنترلـر مـا انتخاب مي شوند، كه بع د از خطي سازي به معادلات 2 مي رسيم؛ در خطي سازي زوايـاي مـا كوچـك فرض مي شوند.
  • 6. ⎧ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ⎪⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ٣ = X 1 & & X X = = 2 1 X = x 3 X X x 4 3 & X = X 1 2 = ⎧ T X u mX ⎪ ⎪ ⎨ sin( ) X X 1 4 1 2 X . T sin u IX . 2 X u X u T X T 3 4 .sin X u T 2 & & X X 3 4 X T . . = − = ⎛ − ≈ − ( ) ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎞ ⎟⎠ 1 sin( ) sin cos cos sin ) ⎜⎝ = ⎪ ⎪ ⎩ = = = − = ⇒ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ = = = 〈〈 X u m m m u I X X X u X u T V T V 1 , 4 1 1 1 & & & & & & & δ θ θ -2 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ = ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 0 17.442 ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ ⎡ T T X ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ − = ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ = ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ − = 0 10 I 0 . 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 cos( ) 0 0 0 . 1 T m B X u m A T V تحليل پايداري: از روي معادلات خطي سازي شده مي توان مقادير ويژه را حساب نمود و با توجه به علامـت و مقـدار آن راجع به پايداري سيستم اظهار نظر كرد، همانگونه كه در رابطه 3 مشاهده مي كنيد كليه مقـادير ويژه در مبدأ قرار دارند، پس سيستم از لحاظ پايداري، پايداري خنثي دارد. -3 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 2 3 4 = ⇒ = = = = بررسي كنترل پذيري: در صورتي كه ماتريس رابطه 4 مرتبه كامل باشد، سيستم ما كنترل پذير خواهد بود. − − − − = λ λ λ λ λ λ λ λ λ T m I A
  • 7. 2 3 P B AB A B A B T X ⎧ ⎪ ⎪ ⎨ ٤ -4 [ ] 0 0 0 T X m I T m T X T ⎡ = Pis full rank controllable T X m I m I I P T V T V T V T V ⇒ ⇒ = ≠ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ 0 17.442 0 0 17.442 0 0 0 0 10 0 174.41 ⎦ ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ − − = ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ − − = 9.25 0 10 0 174.41 0 0 . . 0 . . 0 0 . 0 0 . 0 . 2 . 2 . . طراحي كنترلر انتگرال دار از نوع اول: با توجه به اينكه سيستم اصلي ما داراي قطب در صفر مي باشد و خود سيستم داراي انتگرال گير است، پس در فرآيند طراحي نيازي به قرار دادن يكي از مقادير قطب در صفر براي طراحي سيستم مطلوب نمي باشد. جايدهي قطبها: از طريق جايدهي قطبهاست كه خواص سيستم در پايـداري و ميـزان مقاومـت آن بـه اخـتلالات را تعيين مي كنيم، قطبهاي انتخابي بايد وظايفي را بر عهده گيرند از جمله: -1 كاهش خطاي ماندگار -2 پاسخ سريع به ورودي ها -3 مقاومت در برابر نويز -4 پايداري سيستم كه عواملي درگير با هم بوده و تقويت يكي موجب تضعيف ديگري خواهد شد و انتخـاب آنهـا ، بـه اهميت فرد طراح در مورد هر خاصيت با توجه به مسأله طراحي بستگي دارد. در اين پروژه با توجه به نياز به تعريف 4 قطب، از 1 قطب مـزدوج بـراي كـاهش خطـاي مانـدگار (خاصيت نوساني ) و دو ق طب حقيقي منفي دورتر براي تأمين پايداري سيستم استفاده مـي كنـيم، براي طراحي قطب هاي مزدوج از خواص فركانس طبيعي و ضريب ميرايـي كـه خـود مـي توانـد از زمان قرار و ميزان فراجهش سيستم ، طبق روابط 5 استفاده م يشود، تأمين مي گردند. ⎪ ⎪ ⎩ − O S ln( . ) Π + = = ln ( . ) 4 2 2 O S t n s ζ ζω -5
  • 8. با توجه به گراف رسم شده براي كنترلر انتگرال دار نوع اول، روابط فضاي حالت مـا طبـق 6 خواهـد بود. ⎩ ⎨ ⎧ B K t O S ⎧ ⎪ ⎪ ⎪ O S ⎨ ⎧ ٥ A C شكل 3- سيستم كنترلي انتگرال دار روي متغيرهاي حالت X A BK X BV X = AX + BU ⇒ = − + U = V − KX & ( ) & -6 در اينجا مقادير زمان قرار و ميزان فراجهش و دو قطب ديگر به صورت زير انتخاب شده اند: ω ⎩ ⎨ ⎧ = = ⇒ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ 4 , ln( . ) . 20% = = − 2 2 Π + = = 1.2533 .4559 7sec ln ( . ) ζ ζ ζω n s n s t O S ⎪⎩ ⎪⎨ S + 2 ζω S + ω = S + 1.1429 S + 1.5707 ⇒ S = − .5714 ± 1.1154 i n n = − 4 7 = − 3 4 1,2 2 2 2 S S كه در نهايت سيستم دلخواه ما بصورت زير خواهد بود: Desired : (S + 4)(S + 7)(S 2 +1.1429S +1.5707)= S 4 +12.1429S 3 + 42.1421S 2 + 49.2776S + 43.9793 با برابر قرار دادن مقادير ويژه مطلوب و سيستم مطلوب ضرايب كنترلي ما بدست مي آيند.
  • 9. SI A BK SI A det( − ( − )) = det( − ) − − = 1 0 0 k s k k k 17.4417 17.4417 17.4417 17.4417 1 2 3 4 s 0 0 1 SI A BK S k k S k k S k S k det( ( )) (17.4417 10 ) (17.4417 10 ) (174.4169 ) 174.42 0 ٦ − + − − − − − − ⎫ ⎪ ⎪ ⎬ ⎪ ⎪ ⎭ ⎧ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎩ ⇒ = ⎫ ⎪ ⎪ ⎬ ⎪ ⎪ ⎭ ⎧ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎩ ⇒ = ⎧ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎩ = = = = ⇒ − − = + − + − + + = 2.5607 .8582 .2522 .2825 2.5607 .8582 .2522 .2825 10 10 10 10 10 det( ( )) k 1 2 3 4 k 1 2 3 4 4 3 2 1 3 3 2 4 4 1 2 3 4 K k k k K k k k k k k s k s SI A BK و در نهايت ماتريس حالت ما بفرم زير خواهد بود: A A BK new ~ = − شبيه سازي: نتايج بدست آمده با مقدار اوليه ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ pi 10* /180 ⎡ = ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ .1* /180 2 .01 0 pi x شكل 4- نتايج بدست آمده شبي هسازي قسمت 6 پروژه
  • 10. 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 T 0 0 0 m T m C CA ⎧ = ⎪ ⎪ ⎨ CA CA Q ⎡ = ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 0 0 1 0 0 0 0 1 10 0 0 0 ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ = ⎫ ⎪ ⎪ ⎬ ⎪ ⎪ ⎭ ⎪ ⎪ ⎩ 0 10 0 0 2 3 Q Qis full rank Observable 0 ≠ ⇒ ⇒ ˆ ) ( ) ˆ ( ˆ ˆ& ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ x Ax Bu K y y A K C x Bu K y ٧ بررسي مشاهده پذيري: در صورتي كه ماتريس رابطه 7 مرتبه كامل باشد، سيستم ما مشاهده پذير خواهد بود -7 طراحي مشاهده گر: با توجه به شـكل زيـر روابـط 9 بـراي معادله تخمين گر صادق مي باشد. = + + − = − + + ( ) SI A K C SI A e e e e − − = − -9 شكل 5- مشاهده گر با جايگذاري ماتريس هاي حالت به رابطه زير براي تعيين ضرايب تخمين گر مي رسيم: 3 4 1 2 s k 1 0 e 1 s k 0 0 s k 0 0 1 4 3 2 10 10 10 0 4 3 2 e e e e e e e S k S k S k S k k s = + + + + − + − − با توجه به نوع مسأله نياز به انتخاب 4 قطب داريم كه با توجه بـه خاصـيت مـشاهده گـر كـه بايـد سريعتر از خود سيستم اصلي پاسخ دهد، بايد اين قطبهـا كمـي دورتـر نـسبت بـه قطبهـاي اصـلي سيستم قرار گيرند ، كه براي اين مسأله به صورت زير در نظر گرفته م يشـود (چـون بايـد سـريعتر از خود سيستم جواب دهد زمان قرار در 4 ثانيه و دو قطب ديگر دورتر انتخاب شده اند).
  • 11. ⎧ ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ ⎪ ⎪ ⎨ ٨ = .4559 5sec t O S ω S + 2 S + = S + 1.6 S + 3.0785 ⇒ S = − .8 ± 1.5616 i = − 7 = − ⎩ ⎨ ⎧ = ⇒ ⎩ ⎨ ⎧ = = 9 1.7546 . 20% 3 4 1,2 2 2 2 S S n n n s ζω ω ζ desired : S 4 +13.66S 3 + 64.92S 2 +142.06S +169.8 ⎪ ⎪ ⎩ = = = = 15.0057 19.3949 17.6 91.6785 e 3 2 e e 1 2 e k k k k شبيه سازي: نتايج بدست آمده با مقدار اوليه ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ pi 10* /180 ⎡ = ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ .1* /180 2 .01 0 pi x شكل 6- نتايج بدست آمده شبي هسازي قسمت 9 پروژه طراحي مشاهده گر كاهش مرتبه، از روش ليونبرگر: براي شروع طراحي در ابتدا بايد مشاهده پذيري سيستم چك شود، در صورت مشاهده پذيري امكـان ادامه كار وجود دارد؛ از آنجا كه مشاهده گر بايد سريعتر از سيستم واقعي پاسخ دهد، كافيست كمـ ي را تشكيل دهيم، سـپس بـا D دورتر از مقادير ويژه سيستم واقعي قطبها را در نظر گرفته و ماتريس
  • 12. C مـا مرتبـه ⎧ C C A ⎤ ⎡ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ = ⎡ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ − ⎤ A A A A A A A C ٩ ⎤ انتخاب ماتريس G خواه بايد بطور دل T ⎥اي بيابيم كـه در نهايـت مـاتريس گونه را به ⎦ ⎡ T ⎢⎣ ( كامل باشد.(روابط 10 -10 ⎪⎩ ⎪⎨ D EU Gy = + + DT TA GC = − + = E TB 0 ζ& ζ در مرحله اول مشاهده مي كنيم كه يكـي از متغيرهـاي حالـت را مـي تـوانيم در خروجـي محاسـبه پس با توجه به تعداد كل متغيرهاي حالت تنها نياز به طراحي مشاهده گر رتبه 3 داريم. ،(θ& ) كنيم براي شروع به تست مشاهده پذيري سيستم مي پردازيم: [ ] rank Q our sys isn t observable 0 1 0 0 C CA ⎡ = CA CA Q ( ) 0 ' 0 1 0 0 0 0 0 0 ⎤ ⎡ = ⎤ 2 ⇒ = ⇒ 0 0 0 0 0 0 0 0 3 ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ = پس امكان ادامه كار وجود ندارد. طراحي مشاهده گر كاهش مرتبه، از روش پارتيشن بندي ماتريس حالت: در اين روش كافيست در ابتدا كليه متغيرهاي حالتي را كه در خروجي قابل اندازه گيري هـستند بـه بالاترين رديف ماتريس حالت آورده و كليه ماتريس هاي حالت و كنترل را مرتب مي كنيم، سپس بـا جداكردن مقادير قابل اندازه گيري به صورت پارتيشن بندي از ساير درايه هـا (مطـابق روابـط 11 )، در نهايت ماتريس حالت جديد و ماتريس خروجي جديد را تعريف كـرده و بقيـه رونـد طراحـي مـشابه روش طراحي مشاهده گر رتبه كامل خواهد بود. -11 [ ] 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 [ ] 17.4417 0 0 10 aa ab ba bb ; ; 0 0 = = new bb ba SI A K C SI A K A ( ) ( ) 1 0 0 0 0 1 0 0 0 ; 10 0; 0 0 0 ; e bb e ab B ∴ − − = − − ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ = ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ = = = = ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ =
  • 13. نمي توان قطبهاي مشاهده گر Ke پس به ازاي هيچ مقداري از ، Aab = [ با توجه به اينكه [ 0 0 0 را در محل مورد نظر خواسته شده طراح قرار داد، پس با اين روش هم امكان طراحـي مـشاهده گـر كاهش مرتبه وجود ندارد. طراحي كنترل خطي بهينه: ∞ ∗ ∫ J = x Q x + u Ru dt k R B P u kx ⎧ ⎪ ⎪ ⎪ Q ⎨ ١٠ كه خود از معادله ريكاتي استخراج مي شود، استفاده مي كنيم. LQR براي اين منظور از روش 0 * ( ) 1 * 0 * 1 * + + − = = − − A P PA Q PBR B P -12 پرداخته و طبق رونـد اثبـات در كتـاب تنهـا P به محاسبه ماتريس Q و R با انتخاب ماتريس هاي و متعاقـب P كه مثبت و تعريف شده باشند، قابل قبول خواهند بود؛ بعـد از محاسـبه P مقاديري از از روابط 12 فرمان كنترلي و معادله حالت جديد بدست مي آيند. ، k آن x A Bk x = − x Ax Bu ⇒ = ( − ) ⎩ ⎨ ⎧ = + & & به صورت زير تعريف شده كه نتايج آن نيز محاسبه شده اند. R و Q در اينجا ماتريس ⎧ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ 2.2241 .4297 .3255 .4372 .4297 .1157 .0747 .989 .3255 .0747 .1573 .0987 .4372 .0989 .0987 .1227 ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎡ = 3.1217 ⎡ = ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ 1.0292 ⎣ ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⇒ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ 1 0 0 0 ⎡ = = ⎤ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ .3162 .4974 1 0 .2 0 0 0 0 .1 0 0 0 0 .05 P K R با توجه به خواست مسأله تنها به يكي از متغيرهاي حالت ،(K) بعد از بدست آوردن مقادير كنترلي مقدار اوليه وارد كرده و رفتار كنترلر را بررسي مي كنيم؛ توجه به اين نكته لازم اسـت θ& يا θ اوليه 0 راديان اسـتفاده كـرديم، پـس در كليـه / كه ما از خطي سازي در زواياي ورودي كوچك حدود 25 0 راديان را بايد دارا باشند. / شبيه سازي ها ورودي ما كه بصورت پله تعريف شده حداكثر مقدار 25
  • 14. ١١ شبيه سازي: با شرايط اوليه متفاوت LQR به كمك θ شكل 7- تغييرات با شرايط اوليه متفاوت LQR به كمك θ& شكل 8- تغييرات
  • 15. ١٢ با شرايط اوليه متفاوت LQR به كمك X شكل 9- تغييرات با شرايط اوليه متفاوت LQR به كمك X& شكل 10 - تغييرات
  • 16. نتايج: -1 همانگونه كه در شكل 6 مشخص اسـت، قطـب هـاي مـشاهده گـر در قطـب هـاي كنترلـر تـأثيري نمي گذارند و تنها زمان پاسخ گويي سيستم سريعت ر مـي شـود (كـاربرد در سيـستم هـاي واقعـي، وارد كردن كنترلر مناسب بصورت سريعتر) ، البته در لحظه هاي اوليه كمي مقادير تفاوت جزئي دارند. -2 روش هاي طراحي مشاهده گر كاهش مرتبه، همانند مشاه ده گر مرتبه كامل نياز به مشاهده پذيري سيستم دارد. ١٣ -3 رفتار متغير حالت مشاهده گر بسيار شبيه به رفتار متغير حالت كنترلر، در طي زمان مي باشد.
  • 17. ١٤
  • 18. ١٥
  • 19. ١٦ پيوست: كد برنامه هاي استفاده شده در شبيه سازي: clc clear all m=46;%[Kg] T=2*230;%thrust I_yy=24; X_TV=.91; A=[0 1 0 0; 0 0 0 0; 0 0 0 1; T/m 0 0 0;]; B=[0; T*X_TV/I_yy; 0; -T/m]; C=[0 1 0 0]; %controllability check P=[B A*B (A^2)*B (A^3)*B]; if det(P)~=0 disp('our sys is controllable') else disp('our sys is uncontrollable') end %observability check N=[ C; C*A; C*(A^2); C*(A^3)]; if det(N)~=0 disp('our sys is observable') else disp('our sys is unobservable') end Q=[1 0 0 0; 0 .2 0 0; 0 0 .1 0; 0 0 0 .05]; R=1; [K,p] = LQR(A,B,Q,R) clc clear all do_u='y'; while do_u=='y' t_s=input('please enter ts= '); o_s=input('please enter O.S(%)= '); o_s=o_s/100; zita=-log(o_s)/(sqrt(pi^2+(log(o_s))^2)); omega_n=4/(zita*t_s); a=1;b=2*zita*omega_n;c=omega_n^2; P1=[a b c]; root_s=roots(P1) P2=input('please enter ploe1= '); P3=input('please enter plole2= ');
  • 20. pre=conv(P1,[a P2]); pre=conv(pre,[a P3]); k3=pre(5)/174.4169; k4=pre(4)/174.4169; k1=(pre(3)+10*k3)/17.4417; k2=(pre(2)+(10*k4))/17.4417; char_mat=['<k1= ' num2str(k1) '> <k2= ' num2str(k2) '> <k3= ' num2str(k3) '> <k4= ' num2str(k4) '>']; disp(char_mat) do_u=input('do u want to do again?(y/n)','s'); if do_u=='n' ١٧ break end end clc clear all do_u='y'; while do_u=='y' t_s=input('please enter ts= '); o_s=input('please enter O.S(%)= '); o_s=o_s/100; zita=-log(o_s)/(sqrt(pi^2+(log(o_s))^2)); omega_n=4/(zita*t_s); a=1;b=2*zita*omega_n;c=omega_n^2; P1=[a b c]; root_s=roots(P1) P2=input('please enter ploe1= '); P3=input('please enter plole2= '); pre=conv(P1,[a P2]); pre=conv(pre,[a P3]); k3=pre(2); k4=pre(3); k1=pre(4)/10; k2=pre(5)/10; char_mat=['<k1= ' num2str(k1) '> <k2= ' num2str(k2) '> <k3= ' num2str(k3) '> <k4= ' num2str(k4) '>']; disp(char_mat) do_u=input('do u want to do again?(y/n)','s'); if do_u=='n' break end end !Error
  • 21. ١٨ سيمولينک کد شيبه سازی قسمت ۶ پروژه سيمولينک کد شيبه سازی قسمت ٩ پروژه
  • 22. ١٩ پروژه lqr سيمولينک کد شيبه سازی قسمت