مسئله آشکارسازی عیب به یکی از مسائل مهم در صنایع مختلف و حساس و گران قیمت تبدیل شده است. یکی از روش های آشکارسازی عیب نظارت بر فرآیند ها است. پایه و اساس نظارت بر فرآیند را تخمین حالت و پارامتر های مهم سیستم شکل می دهد. در این پایان نامه با استفاده از فیلتر کالمن مکعبی، نظارت بر فرآیند ها بررسی شده است. به علاوه، الگوریتم فیلتر کالمن مکعبی مقید برای نظارت بر فرآیند هایی که تحت قیودی هستند، ارائه شده است. سپس همگرایی فیلتر کالمن مکعبی تحلیل شده و نسخه ی اصلاح شده ای از این فیلتر ارائه شده است. نسخه ی اصلاح شده ی این فیلتر قادر به تحمل خطاهای تخمین زیاد و بهبود پایداری و همگرایی آن می باشد. با توجه به این که عدم قطعیت ها قسمت اجتناب ناپذیر مدل سازی سیستم ها می باشند، نیاز به آشکارسازی مقاوم عیب بیشتر اهمیت پیدا می کند. در این پایان نامه با استفاده از ترکیب رویتگر ورودی نامعلوم و فیلتر کالمن مکعبی، الگوریتمی ارائه شده است که قادر به آشکارسازی مقاوم عیب در سیستم های غیرخطی است. مزایای روش های ارائه شده آن نسبت به روش های قبلی با استفاده از شبیه سازی بر روی فرآیند های مختلف بررسی شده است. نتایج شبیه سازی ها حاکی از کارا بودن روش های پیشنهادی دارد.

در شبکه های حسگر گاهی به دلیل وجود مشکلات فنی و محدودیت های انرژی، مجبور به استفاده از یکی( یا تعداد اندکی) از حسگرهای موجود در شبکه در هر مرحله زمانی هستیم. ترتیب انتخاب حسگرهایی که در هر مرحله زمانی، اطلاعات دریافتی از محیط را به گره مرکزی ارسال می نمایند، یکی از راهکارهای افزایش دقت در تخمین محیط است. در گره مرکزی تخمین دینامیک سیستم مورد نظر از روی اطلاعات ارسالی توسط حسگرها، به وسیله فیلتر کالمن صورت می پذیرد. برای ترتیب ارسال داده ها تاکنون الگوریتم های زیادی معرفی شده است. از بین این الگوریتم ها، دو الگوریتم sliding window و thresholding در این پایان نامه مورد بررسی قرار خواهند گرفت. الگوریتم های فوق برای زمانی طرح ریزی شده اند که تنها یک حسگر از بین حسگرهای شبکه برای ارسال داده های حس شده از محیط، مورد استفاده قرار گیرد. در این پایان نامه این دو الگوریتم برای زمانی تعمیم داده خواهند شد که شبکه بخواهد اطلاعات بیشتر از یک حسگر را در هر لحظه زمانی در گره مرکزی دریافت نماید. این امر خود مستلزم گسترش روابط فیلتر کالمن برای ترکیب اطلاعات خواهد بود. در ادامه الگوریتم انتخاب دایروی مطرح خواهد شد که از لحاظ کاهش حجم محاسبات انجام شده می تواند موثر باشد. الگوریتم های تکاملی نیز برای تعیین بهینه ارسال داده ها مورد استفاده قرار می گیرند. در این پایان نامه از دو الگوریتم بهینه سازی تراکم ذرات و الگوریتم آموزش و یادگیری استفاده خواهد شد. این الگوریتم ها از لحاظ کاهش حجم محاسبات می توانند بهینه باشند. مبحث عدالت بین حسگرها آخرین مبحث مطرح شده در این پایان نامه خواهد شد.

اگرچه مهم ترین مزیت سیستم ناوبری اینرسی تعیین موقعیت و وضعیت وسیله متحرک، بدون بهره گیری از منبع خارجی است، با این وجود عیب عمده ی آن نیز رشد سریع خطا در برخی کانال های سیستم ناوبری اینرسی است. رویکردی که به منظور رفع این مشکل به ویژه در ناوبری های طولاتی مدت مطرح می گردد، تلفیق اطلاعات سیستم ناوبری اینرسی با یک سیستم کمک ناوبری بر مبنای فیلتر کالمن به منظور کاهش خطا است. الگوریتم فیلتر کالمن برای سیستم های دینامیک خطی دارای پاسخ مناسبی است. اما در برخی موارد مانند بسیاری از مسائل موقعیت یابی، به علت دینامیک غیرخطی خطا و تغییر نقطه کار، استفاده از فیلتر کالمن خطی یا توسعه یافته به پاسخ بهینه منجر نمی گردد. بنابراین نیاز به روش هایی که با طبیعت غیرخطی مسـأله سازگار باشند، احساس می شود. در این پروژه با هدف دستیابی به دقت بالاتر الگوریتم های غیرخطی فیلتر کالمن، همچون فیلتر کالمن خنثی (ukf) و فیلتر کالمن مکعبی (ckf)، برای تلفیق داده های سیستم ناوبری اینرسی با یک سیستم کمک ناوبری همانند سامانه موقعیت یاب جهانی و یا سامانه لورن دی بکارگرفته شده است. نتایج شبیه سازی نیز حاکی از عملکرد بهتر فیلتر های غیرخطی بیان شده به منظور تخمین و حذف خطای سیستم ناوبری اینرسی هستند. این بهبود عملکرد در مورد حالت هایی که اندازه گیری از آنها در دسترس نیست، نمایان تر بوده است.

در این پایان نامه، به کمک قضیه پایداری لیاپانوف و استفاده از یک تابع لیاپانوف مربعی، رویکرد جدیدی در زمینه افزایش انعطاف پذیری در شرایط پایداری سیستم های فازی ts ارائه می شود. در این رویکرد، توابع عضویت فازی و پارتیشن بندی نمودن معادلات فضای حالت سیستم حلقه بسته فازی بر اساس متغیر خروجی سیستم، نقش مهمی در افزایش انعطاف پذیری شرایط پایداری ایفا می کنند. در این پایان نامه جهت پایدارسازی سیستم های فازی ts از کنترل کننده فیدبک حالت و همچنین از مفهوم کنترل کننده توزیع شده موازی استفاده شده است. از طرف دیگر، به دلیل اهمیت مسئله حذف اغتشاش در سیستم های کنترل، از معیار کار آیی مقاوم جهت حذف اغتشاش استفاده می شود. در رویکرد مطرح شده بهره های فیدبک حالت در قالب lmi طوری بدست می آیند که علاوه بر تضمین پایداری سیستم، تأثیر اغتشاش را بر روی عملکرد سیستم به حداقل برسانند. در ادامه، شرایط انعطاف پذیری در تحلیل پایداری شبیه سازی شده ومقایسه با رویکردهای فعلی نشان می دهد روش پیشنهادی عملکرد بهتری دارد.

در این پایان نامه با الهام از روش های غیرپارامتری، روش های جدیدی در زمینه تخمین حالت سیستم های غیرخطی پیشنهاد خواهد شد که اولا در آن ها نیازی به مدل دقیقی از سیستم نباشد، ثانیا به دلیل تعیین ماتریس های کوواریانس فرایند و اندازه گیری در روند اجرای این روش ها، مشکل واگرایی که گاهی اوقات در فیلترهای بیزین رخ می دهد، نداشته باشد. در این راستا، با الهام از روش ترکیب فرایند گوسی با فیلتر کالمن خنثی (gp-ukf) ترکیب فرایند گوسی با فیلتر کالمن مکعبی (gp-ckf) پیشنهاد خواهد شد. برای بهبود دقت محاسباتی و ارائه روشی که از لحاظ محاسباتی حجم کمتری نسبت به روش های موجود و فیلتر پیشنهادی داشته باشد، فرایند گوسی ترکیب شده با نسخه مجذور ریشه فیلترکالمن مکعبی (gp-sckf) پیشنهاد خواهد شد. در جهت کاربردی تر کردن روش های پیشنهادی به ویژه زمانی که هیچگونه دانشی از شرایط اولیه سیستم در اختیار نمی باشد، روش ترکیب فرایند گوسی با نسخه مجذور ریشه فیلتر اطلاعات مکعبی (gp-scif) پیشنهاد خواهد شد. سپس با ترکیب این روش ها با روش های آشکار سازی عیب با نظارت، یک دسته روش جدید در زمینه آشکارسازی عیوب در سیستم های غیرخطی ارائه خواهد شد. از روش های ارائه شده در این پایان نامه، در جهت آشکارسازی عیب موجود در سیستم استفاده خواهد شد. روند آشکارسازی عیب در این روش ها با قابلیت اطمینان بالا بدون نیاز به مدل پارامتری دقیق سیستم و بدون نیاز به بانک اطلاعاتی جامع از انواع عیوبی که ممکن است در سیستم رخ دهد، می باشد.

این پایان نامه، روش های جدیدی جهت کاهش محافظه کاری شرایط تحلیل پایداری و طراحی کنترل کننده مقاوم ارائه می دهد. روش های پیشنهادی با بهره گیری از مدل فازی ts، تابع لیاپانوف غیرمربعی و کنترل کننده های فازی pdc و non-pdc به فرم lmi بدست می آیند. تمرکز اصلی این پایان نامه، کاهش محافظه کاری ناشی از وجود مشتقات زمانی توابع عضویت می باشد. جهت اینکار، با درنظرگرفتن ماکزیمم کران های بالای این مشتقات به عنوان متغیر کمکی lmi تلاش می شود تا این کران به صورت بهینه و با استفاده از روش های بهینه سازی محدب بدست آید. همچنین در روش پیشنهادی دیگری، نامساوی های موجود به نحوی فرمول بندی می گردند که در آن ها برداری متشکل از توابع عضویت و مشتقات زمانیشان بدست آید؛ که نهایتاً به کمک تکنیک های lmi حذف گردند. بنابراین در این روش، شرایط تحلیل پایداری بدون حضور مشتقات زمانی توابع عضویت ارائه می شوند. از طرف دیگر، شرایط طراحی کنترل کننده مقاوم با معیار کارایی نامی h? بر اساس ایده های مطرح شده بدست می آیند. علاوه بر این، شرایط lmi لازم جهت مقید کردن ورودی کنترلی ارائه می شوند. درنتیجه، کنترل کننده های فازی مبتنی بر مدل به نحوی طراحی می گردند که پایداری سیستم غیرخطی حلقه بسته تضمین گردد، اثر اغتشاش در خروجی کاهش یابد و ورودی کنترلی با انرژی محدود بدست آید. همچنین، به منظور کاهش بیشتر محافظه کاری شرایط، از لم های جدید، ماتریس های متحد صفر با درجه آزادی بیشتر و نمایش فضای حالت به فرم descriptor نیز بهره گرفته شده است. در پایان، جهت نشان دادن مزایای روش های پیشنهادی با دیگر کارهای پژوهشی موجود، به بررسی و مقایسه نتایج حاصل از مثال های عددی و عملی متنوعی پرداخته می شود.

در این پایان¬نامه با استفاده از تابع لیاپانوف سوییچینگ، عیب¬یابی مقاوم دسته ای از سیستم¬های سوییچینگ فازی ابتدا با در نظر گرفتن تأخیر ثابت در حالت¬ها و سپس با فرض داشتن تأخیر متغیر با زمان در حالت¬ها¬ بررسی شده است. در رویکردهای مطرح شده ابتدا با استفاده از مدل فازی ts، معادله سیستم¬های سوییچینگ فازی ساخته می¬شود. از طرف دیگر، با توجه به این که عدم¬قطعیت¬ها و همچنین اغتشاشات خارجی، قسمت اجتناب¬ناپذیر مدل سازی سیستم¬ها می¬باشند، از معیار کارایی مقاوم به منظور بهبود قابلیت تضعیف ورودی¬های نامعین و عدم قطعیت¬های مدل¬سازی استفاده شده است. سپس شرایط کارایی مناسب در قالب نامساوی¬های ماتریسی خطی طوری به دست آمده¬اند که علاوه بر تشخیص وقوع عیب در سیستم، تأثیر اغتشاش بر روی عملکرد سیستم به حداقل برسد و در نهایت نیز ماتریس¬های فیلتر عیب¬یابی مقاوم به دست آمده¬اند. روش¬های ارائه شده با استفاده از شبیه¬سازی روی سیستم¬های مختلف بررسی شده¬اند. نتایج شبیه¬سازی حاکی از کارا بودن روش¬های پیشنهادی است.