طراحی رؤیتگر مودلغزشی فازی تطبیقی غیرمتمرکز برای سیستم‌های ابعاد وسیع با اتصالات ناشناخته در حضور اغتشاش توزیعی

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران

2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، داشنگاه صنعتی نوشیروانی بابل

3 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

چکیده

در این مقاله، یک کلاس از سیستم‌های ابعاد وسیع دارای اغتشاش توزیعی همراه با اتصالات ناشناخته بین زیرسیستم‌ها مورد مطالعه قرار می‌گیرد. رؤیتگر مودلغزشی فازی تطبیقی غیرمتمرکز برای تخمین حالت‌ها با استفاده از خروجی هر زیرسیستم پیشنهاد شده است. در سیستم‌های ابعاد وسیع تحت مطالعه، فرض شده تنها اطلاعات محدودی از اتصالات بین زیرسیستم‌ها در دسترس بوده و ماتریس اتصالات نامشخص است. از ترکیب رؤیتگر لیونبرگر و مودلغزشی برای تخمین حالت‌های غیرقابل اندازه‌گیری استفاده شده و برای مشاهده اثرات اتصالات ناشناخته بین زیرسیستم‌ها، روش تطبیقی ارائه شده که با قوانین تطبیقی، ماتریس اتصال بین زیرسیستم‌ها تخمین زده می‌شود. همچنین عامل لغزش توسط قوانین فازی بگونه‌ای طراحی شده تا خطای همگرایی بین حالت واقعی و حالت تخمینی صفر گردیده و لرزش کاهش یابد. با کاندید کردن یک تابع لیاپانوف و انتخاب پارامترهای مناسب طراحی آنالیز همگرایی انجام شده و همگرایی خطای تخمین به سمت صفر تضمین می‌شود. در نهایت، برای نشان دادن عملکرد مطلوب رؤیتگر مودلغزشی فازی تطبیقی غیرمتمرکز پیشنهادی، مثالی عددی با یک سری شبیه سازی‌ها آورده شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Decentralized Adaptive Fuzzy Sliding Mode Observer Design for Large-Scale Systems with Unknown Interconnections in the presence of Lumped Perturbation

نویسندگان [English]

  • Babak Ranjbar 1
  • Abolfazl Ranjbar Noiey 2
  • Behrooz Rezaie 3
1 Faulty of Electrical and Computer Engineering, Babol Noshirvani University of Technology
2 Faulty of Electrical and Computer Engineering, Babol Noshirvani University of Technology
3 Faulty of Electrical and Computer Engineering, Babol Noshirvani University of Technology
چکیده [English]

In this manuscript, a class of large-scale systems with lumped perturbations and unknown interconnections between subsystems is studied. A decentralized adaptive fuzzy sliding mode observer is proposed to estimate states using the output of each subsystem. In the large-scale systems under study, it is assumed that only limited information is available on the subsystem interconnections and the interconnection matrix is unknown. The combination of the Luenberger and sliding mode technique is used to estimate non-measured states and to observe the effects of unknown interconnections between subsystems, An adaptive approach is proposed that the matrix of interconnection between subsystems is estimated. Also, the sliding term is designed by fuzzy rules so that the error of convergence between the real state and the estimated state is zero and reduce chattering. Finally, by selecting a Lyapunov function and appropriate design parameters, the convergence of the estimation error to zero is guaranteed. To illustrate the performance of the proposed decentralized adaptive fuzzy sliding mode, a numerical example with a series of simulations is presented.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Decentralized observer
  • Fuzzy theory
  • Sliding mode observer
  • Large scale system
  • Adaptive law
  • Lyapunov function
[1] T. Bian, Y. Jiang and Z.-P. Jiang, "Decentralized adaptive optimal control of large-scale systems with application to power systems", IEEE Transactions on Industrial Electronics, 62(4), 2014, pp. 2439-2447.
[2] M.H. Soliman, and M.F. Hassan, "Resilient guaranteed cost control of a power system", Journal of advanced research, 5(3), 2014, pp. 377-385.
[3] V.N. Phat, N.T. Thanh and H. Trinh, "Full‐Order observer design for nonlinear complex large‐scale systems with unknown time‐varying delayed interactions", Complexity, 21(2), 2015, pp. 123-133.
[4] V. Phat, N. Thanh and H. Trinh, "New results on H∞ filtering for nonlinear large‐scale systems with interconnected time‐varying delays", Optimal Control Applications and Methods, 37(5), 2016, pp. 948-964.
[5] S. Sui, S. Tong and C.P. Chen, "Finite-time filter decentralized control for nonstrict-feedback nonlinear large-scale systems", IEEE Transactions on Fuzzy systems, 26(6), 2018, pp. 3289-3300.
[6] Y. Li, K. Sun and S. Tong, "Adaptive fuzzy robust fault-tolerant optimal control for nonlinear large-scale systems". IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 26(5), 2018, pp. 2899-2914.
[7] C. Liu et al., "Integral reinforcement learning based decentralized optimal tracking control of unknown nonlinear large-scale interconnected systems with constrained-input", Neurocomputing, 323, 2019, pp. 1-11.
[8] N. Hovakimyan et al., "Coordinated decentralized adaptive output feedback control of interconnected systems", IEEE Transactions on Neural Networks, 16(1), 2005, pp. 185-194.
[9] S.N. Huang, K.K. Tan and T.H. Lee, "A decentralized control of interconnected systems using neural networks", IEEE Transactions on Neural Networks, 13(6), 2002, pp. 1554-1557.
[10] D.G. Luenberger, "Observing the state of a linear system", IEEE transactions on military electronics, 8(2), 1964, pp. 74-80.
[11] M. Mohamed et al., "Robust sliding-mode observers for large-scale systems with application to a multimachine power system", IET Control Theory & Applications, 11(8), 2016, pp. 1307-1315.
[12] W. Han et al., "L∞ observer for uncertain linear systems", Asian Journal of Control, 21(1), 2019, pp. 632-638.
[13] Y.W. Wang et al., "Generalized extended state observer based control for networked interconnected systems with delays" Asian Journal of Control, 20(3), 2018, pp. 1253-1262.
[14] حمید نوری سولا، بهار احمدی، عسکر عزیزی و امیر ریخته‌گر غیاثی، «مقاوم‌سازی سیستم شناور مغناطیسی با استفاده از کنترل‌کننده خطی‌ساز فیدبک گام به عقب با رؤیتگر اغتشاش غیرخطی»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، دورة 15، شمارة 49، تابستان 1396، صفحة 29- 38.
[15] عبدالله عباسی و سمانه سادات آقاعمو، «طراحی کنترل تطبیقی L1 برای پایدارسازی سیستم‌های آشوبناک با وجود نامعینی در مدل»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، دورة 16، شمارة 52، بهار 1397، صفحة 171- 181.
[16] G. Besançon, "Remarks on nonlinear adaptive observer design", Systems & control letters, 41(4), 2000, pp. 271-280.
[17] R. Marine, G.L. Santosuosso and P. Tomei, "Robust adaptive observers for nonlinear systems with bounded disturbances", IEEE Transactions on automatic control, 46(6), 2001, pp. 967-972.
[18] Y. Liu, "Robust adaptive observer for nonlinear systems with unmodeled dynamics", Automatica, 45(8), 2009, pp. 1891-1895.
[19] L. Yu, G. Zheng and D. Boutat, "Adaptive observer for simultaneous state and parameter estimations for an output depending normal form", Asian Journal of Control, 19(1), 2017, pp. 356-361.
[20] X.-G .Yan and C. Edwards, "Fault estimation for single output nonlinear systems using an adaptive sliding mode estimator", IET Control Theory & Applications, 2(10), 2008, pp. 841-850.
[21] V. Utkin, J. Guldner and J. Shi, Sliding mode control in electro-mechanical systems, CRC press, 2009.
[22] H.-T. Yau and C.-L. Chen, "Chattering-free fuzzy sliding-mode control strategy for uncertain chaotic systems", Chaos, Solitons & Fractals, 30(3), 2006, p. 709-718.
]23[ روح‌الله مقصودی، یعقوب حیدری و بهزاد مشیری، «یک تحلیل مقایسه‌ای از الگوریتم‌های هوش جمعی کلونی زنبور مصنوعی و بهینه‌سازی گروهی ذرّات در طراحی یک کنترل‌کننده PID فازی کسری و پیاده‌سازی آن بر روی موتورDC »، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، دورة 12، شمارة 39، صفحة 11- 23.
[24] Z.-P. Jiang, "Decentralized and adaptive nonlinear tracking of large-scale systems via output feedback", IEEE Transactions on Automatic control, 45(11), 2000, pp. 2122-2128.
[25] K.S. Narendra and N.O. Oleng, "Exact output tracking in decentralized adaptive control systems", IEEE Transactions on Automatic Control, 47(2), 2002, pp. 390-395.
[26] M. Aldeen and J. Marsh, "Decentralised observer-based control scheme for interconnected dynamical systems with unknown inputs", IEE Proceedings-Control Theory and Applications, 146(5), 1999, pp. 349-358.
[27] S.S. Stanković, D.M. Stipanović and D.D. Šiljak, "Decentralized dynamic output feedback for robust stabilization of a class of nonlinear interconnected systems", Automatica, 43(5), 2007, pp. 861-867.
[28] A. Tlili and N.B. Braiek, "Systematic linear matrix inequality conditions to design a robust decentralised observer-based optimal control for interconnected systems", IET Control Theory & Applications, 6(18), 2012, pp. 2737-2747.
[29] W.J. Liu, "Decentralized Observer Design for a Class of Nonlinear Uncertain Large Scale Systems with Lumped Perturbations", Asian Journal of Control, 2016.
[30] M. Mohamed et al., "Variable structure observers for nonlinear interconnected systems", in Advances in Variable Structure Systems and Sliding Mode Control—Theory and Applications, 2018, Springer, pp. 195-221.
[31] B. Ranjbar, A. Ranjbar Noiey and B. Rezaie, "Adaptive sliding mode observer–based decentralized control design for linear systems with unknown interconnections", Journal of Vibration and Control, 2020, p. 1077546320925359.
[32] حسین ناهید تیتکانلو، عباس کرامتی و رکسانا فکری، «مدل‌سازی عدم قطعیت در فرایند ارزیابی عملکرد کارکنان مبتنی بر تئوری شواهد و تئوری فازی»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، دورة 15، شمارة 51، تابستان 1396، صفحة 411- 432.
[33] حمید کوهساری، امیر نجفی، حمید علی‌ا‌لهی و محمد آدم‌پیرا، «بررسی عوامل مؤثر بر عملیات تراکم دینامیکی در خاک‌های دانه‌ای مبتنی بر روش فازی»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، دورة 13، شمارة 43، زمستان 1394، صفحة 143- 158.
[34] P.A. Ioannou and J. Sun, Robust adaptive control, Courier Corporation, 2012.