لانچر جزئی از یک سامانه سلاح است که مأموریت آن قرار دادن موشک در راس تایی مناسب در فضا می باشد. هدف این پروژه طراحی کنترل کننده به منظور انجام مناسب مأموریت لانچر است . برای نیل به این هدف ابتدا مدلسازی نسبتاً دقیقی از لانچر انجام گرفته است . این مدل روابط بین ورودی،گشتاورهای اعمالی توسط موتور سمت و موتورِ جک? فراز و خروجی ز وایای سمت و فراز را نشان می دهد . سپس پارامترهای مدل با استفاده از آزمون های ورودی-خروجی و روش های شناسایی مشخص شده و خروجی های حاصل از مدل و واقعیت با یکدیگر مقایسه گشته اند. با ساده سازی مدل بدست آمده و در نظر گرفتن هر کانال به طور مجزا، کنترل کننده ای بر ای هر کانال با توجه به مشخصات مورد نظر و محدودیتهای موجود طراحی شده است . سپس تحلیل سیستم حلقه بسته با توجه به کنترل کننده طراحی شده انجام گرفته است و فرض های ساده کننده ای که در مدلسازی و طراحی کنترل کننده در نظر گرفته شده است مورد تحلیل قرار گرفته و اثر آ نها بر روی دستیابی به مشخصات مورد نظر سیستم مورد بررسی قرار گرفته است . در پایان نتایج حاصل از پیاده سازی عملی آورده و بررسی کمی و کیفی نحوه دستیابی به اهداف کنترلی مورد نظر گزارش شده است.

در این پایان نامه ابتدا، یک مدل دقیق و غیرخطی برای توربین نیروگاه نکا با استفاده از داده ها و مدارک فنی این نیروگاه، ارائه شده است. در این پایان نامه استفاده از ساختار کنترل هماهنگ، به منظور افزایش بازدهی آن پیشنهاد شده است. سپس در ادامه با انجام عملیات شناسایی، مدل سیستم در بارهای مختلف به دست آمد. سپس با تعیین حد بالای نامعینی و انتخاب تابع وزنی مناسب برای عملکرد سیستم، یک کنترل کننده مقاوم برای سیستم طراحی و به مدل غیر خطی توربین اعمال شده است. با توجه به نامعینی سیستم، پاسخ در این حالت به اندازه کافی مناسب نبوده و از دقت کافی برخوردار نمی باشد. در مرحله بعدی، با استفاده از ساختار فیدبک موازی، حلقه سیستم توربین بخار با یک کنترل کنندهpi بسته شده است که این امر باعث کاهش نامعینی سیستم تا حد زیادی می شود، سپس در حلقه خارجی یک کنترل کننده مقاوم برای سیستم توربین بخار طراحی شده است. نتایج شبیه سازی عملکرد بسیار خوب سیستم حلقه بسته با این کنترل کننده را در ردیابی مناسب، سرعت بالاو از بین رفتن نوسانات نشان می دهد.

در این رساله کنترل hinf سیستم تأخیردار ورودی با فیدبک مشتق حالت در حضور تأخیر ثابت کراندار و تأخیر متغیر با زمان مورد توجه قرار گرفته است. اعمال این فیدبک به سیستم تأخیردار ورودی منجر به سیستم هم ترازی می گردد که ضرایب ترمهای تأخیردار آن به پارامترهای کنترل کننده وابسته اند. به عنوان حالتهای خاص این کنترل کننده، می توان به کنترل کننده با فیدبک حالت تناسبی- مشتقی و فیدبک مشتق خروجی اشاره نمود. در این رساله فیدبک حالت تناسبی- مشتقی شامل فیدبک حالت و مشتق آن مورد بررسی قرار گرفته است. از آنجا که در برخی مسائل کاربردی نظیر سیستم های حذف ارتعاش فعال، دسترسی به سیگنالهای مشتق حالت نسبت به سیگنالهای حالت قابل دستیابی بیشتری هستند، در این رساله به طور جداگانه به فیدبک مشتق حالت نیز پرداخته شده است. فیدبک مشتق خروجی نیز از دیگر موضوعاتی است در اینجا مورد توجه قرار گرفته است. در این میان به دلیل اینکه اعمال کنترل کننده pd به سیستم تأخیردار ورودی منجر به سیستم هم تراز فوق الذکر می گردد، طراحی این کنترل کننده نیز در زمره موضوعات مورد بحث در این رساله قرار گرفته است. طراحی کنترل کننده pi برای سیستم تأخیردار نیز با افزودن یک انتگرال گیر به مدل سیستم تأخیردار و طراحی کنترل کننده pd برای این مدل افزوده قابل انجام است. با توجه به نکته فوق و همچنین کاربرد وسیع کنترل کننده pi در فرایندهای صنعتی اهمیت دستاوردهای این رساله در این مبحث نمایان تر می گردد. طراحی کنترل کننده فیدبک مشتق حالت و pd/pi برای سیستم تأخیردار ورودی با استفاده از تئوری لیاپانوف انجام شده است. این طراحی با دو رویکرد مستقیم و توصیفی مورد توجه قرار گرفته است و شرایط کافی برای پایداری سیستم حلقه بسته با هر دو رویکرد ارائه شده است. همچنین لم های حقیقی کراندار که ابزار مناسبی برای طراحی کنترل کننده hinf است با هر دو رویکرد فوق توسعه یافته است. در نتیجه شرایط کافی وابسته به تأخیر برای طراحی کنترل کننده hinf با فیدبک مشتق حالت و pd/pi بدست می آید. کنترل کننده های hinf حاصل علاوه بر پایداری سیستم حلقه بسته، محدود بودن نرم بینهایت خروجی مورد کنترل به اغتشاش سیستم را تضمین می نماید. کنترل کننده های طراحی شده در این رساله بر روی مثالهای کاربردی مختلفی شبیه سازی شده اند. نتایج شبیه سازی عملکرد مطلوب سیستم حلقه بسته در حضور تأخیر نامعین را نشان می دهد.

ربات های موازی کابلی با توجه به ویژگی های منحصر به فردی که دارند، از حدود سه دهه پیش مورد توجه واقع شده اند. در واقع این ربات ها ضمن برخوردار بودن از مزیت های ربات های سری و موازی، محدودیت های ساختاری آن ها را ندارند. استفاده از کابل به جای بازوهای صلب معمول که در ربات های سری و موازی کاربرد دارند، چالش ها و مسائل جدیدی را پیش روی محققین قرار می دهد. یکی از این چالش ها که با توجه به خصوصیات ذاتی کابل باید در طراحی و کنترل این مکانیزم ها مورد توجه قرار گیرد، انعطاف ذاتی کابل است. در صورت نادیده گرفتن این انعطاف ذاتی که محتوای فرکانس بالایی را داراست، ممکن است مشکلات ارتعاش در مکانیزم و یا عدم دستیابی به دقت های موقعیتی مطلوب به ویژه در سرعت های بالا پیش آید. به همین دلیل انعطاف موجود در کابل باید هم در بحث مدل سازی و هم در پیشنهاد الگوریتم کنترلی وارد گردد. در این پژوهش نگرشی نو به این مسئله داریم؛ با توجه به پیچیدگی زیاد معادلات کامل دینامیکی کابل که عملا بدون ساده سازی کارایی چندانی در بحث کنترل سیستم نخواهد داشت، دینامیک های غالب کابل شناخته شده و براین مبنا سیستم مدل سازی می گردد. نکته قابل توجه در این مدل سازی این است که مدل بدست آمده علیرغم در نظر گرفتن دینامیک غالب کابل، از شکل مناسبی برای استفاده در نظریه کنترل برخوردار است. حال با استفاده از مدل بدست آمده سه الگوریتم کنترلی برای مقابله با ارتعاشات ناشی از انعطاف ذاتی کابل پیشنهاد می گردند. اولین الگوریتم کنترلی پیشنهادی در فضای طول کابلی شکل می گیرد و پایداری سیستم حلقه بسته با روش دوم لیاپانوف اثبات می گردد. با تبدیل مدل بدست آمده به فرم استاندارد نظریه انحرافات تکین که در ادامه صورت می پذیرد، امکان استفاده از نتایج این نظریه در کنترل سیستم فراهم می گردد. درالگوریتم های پیشنهادی دوم و سوم که کنترل در فضای کاری کارتزین صورت می گیرد، از این نظریه برای تعریف و جداسازی متغیرهای کند و تند مکانیزم بهره برده و پایداری سیستم حلقه بسته با استفاده از نتایج مبتنی بر این نظریه و روش لیاپانوف اثبات می گردد. الگوریتم سوم که از کنترل ‎{pid}‎ معمول در کنترل ربات های کابلی با کابل های کشسان سود می برد دارای این ویژگی است که علیرغم سادگی در پیاده سازی، در مقابل نامعینی های ساختاریافته و بدون ساختار موجود مقاوم است. نتایج حاصله از پیاده سازی عملی و شبیه سازی ها موید این نکته می باشند که الگوریتم های کنترلی پیشنهادی توانسته اند در عین پایدارسازی سیستم حلقه بسته، به گونه ای موثر با ارتعاشات ناشی از انعطاف ذاتی کابل مقابله نمایند.

تعاریف فراوانی در رابطه با پایداری یک سیستم دینامیکی وجود دارد. همچنین پاسخ های یک سیستم غیرخطی را به لحاظ هندسی می توان در قالب نقاط تعادل، پاسخ های متناوب، جاذب های عجیب، مدار های هموکلینیک و غیره طبقه بندی کرد. در این پایان نامه ابتدا پایداری گوشه ای تعریف و یک قضیه برای اثبات این نوع پایداری ارائه شده است. با استفاده از تعریف این نوع پایداری بسترسازی لازم به منظور ارائه یک تعبیر هندسی علاوه بر تحلیل پایداری و یک طبقه بندی برای نقاط تعادل سیستم غیرخطی خودگردان مرتبه دوم ارائه شده است. سپس با تبیین مفهوم حوزه چرخشی چند قضیه در مورد وجود مدار متناوب و مدار هموکلینیک اثبات شده است. همچنین در قالب یک قضیه با استفاده از همین مفهوم، شرایط تعمیم پایداری مجانبی نقطه تعادل یک سیستم خودگردان مرتبه دوم به پایداری مجانبی فراگیر آن بیان شده است. در ادامه تعریف جدیدی از الگوریتم در مسئله پایداری بیان می شود. الگوریتم در مسئله پایداری یک سیستم از نظر ما به جواب پایدار و یا ناپایدار آن ختم نمی شود، بلکه به ایجاد توابعی منجر می شود که می توان از آن ها برای تحلیل رفتار دینامیکی سیستم استفاده کرد. در این راستا در ابتدا یک قضیه پایه ای برای استفاده از توابع بدست آمده از این الگوریتم ارائه شده است. از دو منظر استفاده از این قضیه دارای اهمیت است. اول این که لزومی برای استفاده از توابع معین مثبت در تحلیل پایداری با این روش وجود ندارد که این به خودی خود عملیات را به مراتب ساده تر می کند. دوم این که علاوه بر پایداری، ناپایداری نقطه تعادل سیستم را نیز می توان با این روش مورد بررسی قرار داد. در ادامه تعریف توابع ویژه و ارتباط آن با تحلیل رفتار دینامیکی یک سیستم خودگردان از طریق مجموعه های پایا معرفی می شود. با استفاده از این مفاهیم، تابع ویژه ای برای سیستم خطی ارائه می دهیم که با آن بتوان وضعیت پایداری هر سیستم خطی اعم از هیپربولیک و غیر هیپربولیک را تحلیل کرد. در انتها با استفاده از بیان متفاوتی از مسئله مقدار ویژه نسبت به مراجع گذشته سعی شده است، که توابع ویژه مربوط به یک سیستم را بدست آوریم. در طول این پایان نامه مثال های متنوع و سیستمهای دینامیکی پیچیده ای از لحاظ تحلیل پایداری، با استفاده از روشهای تدوین شده مورد تحلیل قرار گرفته است، تا بدینوسیله تبحر لازم در تحلیل سیستم های مشابه، به خواننده منتقل شود.

در این پایان نامه طرحی از یک ربات موازی کابلی برای توانبخشی اندام فوقانی ارائه شده است. نحوه حرکات مفاصل آرنج و شانه و رنج مناسب برای اهداف فیزیوتراپی بررسی و با در نظر گرفتن آن ها به عنوان مسیر مطلوب حرکت ربات، طراحی انجام شده است. در طراحی این ربات با انتخاب مناسب حلقه های سینماتیکی، ربات در عین اینکه مسیر مطلوب توانبخشی را به درستی دنبال می کند، با بیمار برخوردی نداشته و بیمار احساس آزادی و راحتی دارد. از مزیت های ربات طراحی شده، علاوه بر موارد فوق، کاهش تعداد عملگرها و تعداد پارامترهای لازم برای تغییر در الگوریتم کنترلی، به ازای بیماران مختلف را نام برد. پس از طراحی مفهومی ربات، به تحلیل سینماتیک و آنالیز تکینگی ربات پرداخته شده است و ایزوتروپ بودن ربات تائید شده است. در گام بعدی با استفاده از روش لاگرانژ معادلات دینامیکی ربات استخراج شده است و در نهایت با استفاده از دو روش کنترل موقعیت و کنترل امپدانس، پایداری و کارائی ربات توانبخش در حرکت در امتداد مسیر مطلوب شبیه سازی شده است

مسئله موقعیت یابی و نقشه یابی همزمان (slam) یکی از نیازهای ضروری برای ربات های متحرکی است که در محیط های ناشناخته حرکت می کنند. حل مسئله slam بر اساس فیلتر کالمن توسعه یافته (ekf-slam) یکی از قدیمی ترین و محبوبترین روشها است. با وجود این، ekf-slam از دو مشکل عمده رنج می برد:پیچیدگی محاسبات و تناظر داده. برای حل این مشکلات روش های حل مسئله slam مبتنی بر فیلتر های ذره ای مطرح شده اند. عمومی ترین و موثرترین روش بر این اساس، الگوریتم fastslam است. علی رغم موفقیت های این روش، کاربرد آن برای نقشه های استاتیک دارای مشکلاتی می باشد که مهمترین آنها عدم سازگاری و تباهیدگی است .سابقه پژوهشی کارهای انجام شده نشان می دهد که تاکنون موفقیت نسبی این روش به دلیل نوع سنسورهای بکاربرده شده و نوع محیط های کار شده بوده است که تحت همین شرایط هم روش مذبور ناسازگار است.در این رساله راه حل هایی برای بهبود حل slam مبتنی بر فیلتر ذره ای پیشنهاد شده است. برای بهینه سازی از ویژگی های مشترک فیلتر های ذره ای و الگوریتم های تکاملی و همچنین سابقهخوب الگوریتم های تکاملی و سیستم های هوشمند در حوزه فیلترینک استفاده شده است. روش های ارایه شده به دو دسته کلی تقسیم می شوند: بهینه سازی روش های موجود و تجدید نظر در ساختار فعلی حل مسئله slam مبتنی بر فیلتر ذره ای. در اولین دسته، بهبود الگوریتم با بهینه سازی نمونه برداری، نمونه برداری مجدد، تخمین موقعیت نشانه ها و سازگاری فیلترهای پارامتریک محقق شده است. با توجه به اینکه یکی از مشکلات عمده الگوریتم های fastslam مربوط به ساختار این الگوریتم ها است، در دومین دسته به حل مسئله slam مبتنی بر فیلتر ذره ای با دیدگاه متفاوت نگریسته شده و نحوه حل آن مورد تجدید نظر قرار گرفته است. برای این منظور ابتدا مسئله slam از دیدگاه موقعیت یابی مطالعه شده و سپس مسئله slam به یک مسئله بهینه سازی تبدیل شده است. روش های پیشنهاد شده با استفاده از محیط های شبیه سازی شده و همچنین داده های تست های واقعی ارزیابی شده است. نتایج نشان دهنده موثر بودن روش های پیشنهاد شده می باشند.

موضوع این پایان نامه، پیاده سازی و توسعه روش ekf slam با استفاده از تلفیق اطلاعات imu بر روی ربات سیار خورشید صبا است. حل مسئله slam گام مهمی در راستای خودمختار کردن ربات های پایه متحرک است. در این پایان نامه لزوم استفاده از رباتیک احتمالی به دلیل وجود عدم قطعیت های موجود در محیط تشریح شده و ابزاری مناسب برای برخورد با یکی از مسائل رباتیک احتمالی ارائه شده است. همچنین بررسی کاملی راجع به اجزای الگوریتم ekf slam دو بعدی از جمله ویژگی های توصیف محیط صورت گرفته و نوآوری هایی در روش های استخراج ویژگی انجام شده است. در ادامه پس از پیاده سازی الگوریتم ekf slam با ویژگی از جنس خط بر روی ربات خورشید صبا، این الگوریتم با داده های imu تلفیق شده است تا سازگاری لازم در محیط های سه بعدی را ایجاد کند. با استفاده از نوآوری انجام شده، ربات قادر است ضمن ترسیم دقیق نقشه دوبعدی یک محیط ناهموار، توصیفات سه بعدی مناسبی را در کنار نقشه دوبعدی ارائه کند. تمام پیاده سازی های پروژه با بسترسازی در هسته دینامیک و رباتیک بر روی رباتی انجام شده که خود اینجانب بالغ بر 4 سال به عنوان سرپرست گروه در یک کار تیمی در طراحی، ساخت و راه اندازی آن ایفای نقش کرده ام.

در این پایان نامه در شروع مسئله اجماع در سیستم های چندعاملی باز تعریف و مورد تحلیل قرار گرفته است و با مطرح کردن مسایل موجود در این زمینه، راهکارهایی برای حل این مسایل پیشنهاد داده می شوند. مسایل طرح شده در این پایان نامه به دو بخش طراحی ساختار بهینه برای گراف شبکه و تحلیل پایداری با وجود تاخیر در یال های ارتباطی تقسیم می شوند. در بخش طراحی ساختار تاکنون با تعریف ساختارهای غیرجهت دار برای گراف و استفاده از ویژگی های ماتریس لاپلاسین برای چنین ساختار هایی با استفاده از ابزارهای حل نیمه معین طراحی ساختار بهینه صورت گرفته است. الگوریتم های موجود در طراحی، گراف های جهت دار را شامل نمی شوند و همگرایی به نقطه مینیمم جامع را شامل نمی شوند. همچنین محدودیت های حاکم بر مسایل حل شده با وجود تاخیر در یال های ارتباطی بیان خواهند شد. روش های تحلیلی ارائه خواهند شد تا این محدودیت ها تاحد ممکن مرتفع شوند. شبیه سازی های مختلف نشان دهنده ی کارایی مناسب روش های پیشنهادی در این پایان نامه می باشند.

سیستم های کنترل مود لغزشی از دسته کنترل کننده های ساختار متغیر است که در سالهای اخیر به دلیل خاصیت قوام سهم قابل توجهی در کنترل سیستم های مکانیکی یافته است. در کنار قابلیت-های درخشان این کنترل کننده ها، معایبی نیز وجود دارد که در نسل جدیدی از این کنترل کننده ها موسوم به کنترل کننده های مود لغزشی مرتبه دوم تا حدود زیادی برطرف شده است. سیستم های فروتحریک سیستم هایی هستند که درجات آزادی آنها از تعداد ورودی هایشان بیشتر باشد. به جهت ترکیب و کنترل این سیستم ها لازم است سیستم را در غالب مناسب نمایش داده شود، بنابراین پس از یک مرحله فیدبک خطی ساز جزئی و سپس با استفاده از تبدیل لژاندر سیستم را در غالب فیدبک صریح نمایش داده می شود. با این تمهیدات برابر تحقیقات انجام شده، سیستم به یک زیر سیستم خطی با زنجیره انتگرالی و یک زیر سیستم غیر خطی تبدیل می شود. در سیستم های فروتحریک بسته به اینکه در زیر سیستم غیرخطی متغیر تحت تحریک یا بدون تحریک دخیل باشد تحقیقات مفصلی صورت گرفته است. در این پایان نامه به هدف تنظیم سیستم فروتحریک با دو درجه آزادی، از کنترل کننده مود لغزشی دینامیکی مرتبه دوم استفاده شده است. برای کنترل موفقیت آمیز هردو زیر سیستم، با استفاده از یک خاصیت دیفرانسیلی تحت عنوان تختی وضعیت دیفرانسیلی ، متغیری یافته می شود که هر دو درجه آزادی سیستم به آن وابسته باشد همچنین در این پایان نامه شرایطی که تحت آن تبدیل لژاندر برای سیستم هایی با دو درجه آزادی، با این متغیر یکسان است تعیین می شود که در این حالت نتیجتاً سیستم کنترل پذیر کامل و نسبت به متغیر تخت یافت شده خطی شده کامل خواهد بود. همچنین فیدبکی تحت عنوان فیدبک تخت ساز ورودی توسعه داده شده است که دینامیک سیستم را بر حسب متغیر تخت سیستم به فرم خطی کامل نمایش داده و فضای ورودی را به فضای زیر سیستم غیر خطی سیستم منتقل می کند. در این مرحله از کنترل کننده مود لغزشی برای تغییر ساختار دینامیک سیستم استفاده می کنیم. همچنین الگوریتمی را برای این روش کنترل ارائه می شود و برای نشان دادن توانایی این روش در استفاده از ظرفیت های سیستم، کنترل کننده ای برای سیستم rtac طراحی می شود و قوام آن در برابر نایقینی مورد آزمون قرار می گیرد و در نهایت کنترل کننده پیشنهادی را با یک کنترل کننده ترکیبی مقایسه می کنیم.

موضوع این پایان نامه ارائه یک سامانه به هنگام تهیه نقشه سه بعدی بر مبنای داده های تصویر تولید شده توسط حسگر دوربین و مکان یابی همزمان در ربات سیار خودمختار می باشد. در این راستا جدیدترین روش حل مسئله slam تحت عنوان isam مورد استفاده قرار گرفته است. پیاده سازی در محیط نرم افزاری ros و بر اساس داده های حسگر rgb-d kinect بر روی ربات experia ساخته شده در آزمایشگاه رباتیک و مکاترونیک پیشرفته دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی اصفهان انجام شده است. نماهای مختلف از نقشه تولیدی ارائه شدند که نتایج به دست آمده از پیاده سازی نشان از دقت خوب سامانه در تهیه نقشه سه بعدی می دهند. سامانه مورد نظر در تعیین زوایای غلتش و پیچش دچار خطای قابل ملاحظه ای است که در بخش نوآوری به اصلاح و بهبود این زوایا از طریق ترکیب اطلاعات کینکت و imu پرداخته شده است که در نتیجه آن زوایا و نقشه تولیدی بهبود یافته اند.