Yazdan Batmani

The research examines blood sugar effects in type 1 diabetes using quantitative feedback theory for control. The main goal is an effective method for continuous and precise blood sugar control. Quantitative feedback theory is used to respond to adverse variables and improve control. The study covers system design, parameter selection, mathematical modeling, algorithm implementation, and outcomes assessment. The research benefits type 1 diabetics' quality of life and risk reduction. Challenges include personalized control and adaptive coefficients. Type1The innovation lies in constraint incorporation and dynamic coefficient updates. Controller performance is compared, confirming system efficiency.

By establishing a virtual connection between active power and frequency and reactive power and voltage, frequency and voltage can be used to control the active and reactive power in distributed generation sources implementing inverter converters. Based on the steady-state behavior of the speed control system and the automatic voltage regulator of the synchronous generator, this link can be a virtual ratio. In the active power control channel, this ratio is known as active power-frequency droop, and in the reactive power control channel, it is known as reactive power-voltage droop. In an effort to enhance the load-frequency characteristic of microgrids, the creation of a virtual dynamic link between those mentioned quantities has led to the development of the virtual synchronous generator concept. The simplified model of the synchronous generator exhibits the electromechanical dynamics of the rotor through its first-order dynamics. The swing equation reveals that the virtual synchronous generator is essentially a simple first-order dynamic. The virtual synchronous generator model is not flexible enough in various operating conditions. Microgrid control can be improved by virtually offering and suggesting a flexible dynamics that can improve the load-frequency characteristic for microgrids under various operating conditions. In this study, a flexible and robust controller has been proposed for microgrids in the power control layer, at the primary level of control, which provides better performance in improving the load-frequency characteristic of microgrids than the dynamics of a virtual synchronous generator under different working conditions. In addition, a second flexible controller has been proposed in the internal control layer of the primary level control, which could include voltage and current control of distributed generation sources based on inverter converters and define a simple, decoupled, and flexible model of the closed loop system structure

Microgrids are small-scale power networks comprised of distributed generation resources, energy storage systems, and loads. They can operate in two modes: grid-connected or in islanded mode. In order to meet stability and performance requirements in microgrids, a hierarchical control structure consisting of four levels: primary, secondary, central/emergency, and global control level, has been proposed. The primary control level consists of two main layers: an inner voltage and current control layer and an outer power control layer. In the literature, the inner control layer is often referred to as zero-level control. Proportionalintegral or resonant proportional controllers are typically used for zero-level control. These controllers, despite their popularity due to their simplicity, suffer from long settling times, large overshoots, and lack of robustness to parameter changes. Additionally, they lack axis decoupling and are sensitive to system parameter variations. The bandwidth of the zero-level control is usually large, but the overall bandwidth of the primary control level is determined by the cutoff frequency of the active and reactive power measurement filters. Therefore, the overall bandwidth of the primary level is reduced, which can pose challenges when designing higher-level controllers like the secondary control, as the secondary level has lower bandwidth compared to the uncertain communication network. In the first phase of the thesis, an adaptive unified controller is proposed for controlling the zero-level current in AC microgrids. The main goal of this proposed controller is to regulate the voltage at the common point of coupling to desired values determined by the droop controller. The proposed unified controller has adjustable bandwidth that is tuned systematically and provides stable operation at high and medium frequencies without significant oscillations or overshoots in the output. In AC microgrids, conventional droop control methods are commonly used to active and reactive power sharing among distributed generation resources. As the resistance-toinductance ratio of the feeder increases, the adverse effects of interactions between control loops (frequency-active power and voltage-reactive power) intensify, posing challenges to the performance of droop control. In the second phase of the thesis, an adaptive multi-input multi-output (MIMO) current control structure is proposed to address interaction issues in AC microgrids’ primary control. To evaluate the interactions level between control loops and distributed generation units, relative gain array (RGA) matrix and diagonal dominance concept as numerical and graphical methods are used. The design process of the proposed controller starts by defining a reference model in which desired control objectives such as settling time, steady-state error, and maximum overshoot are formulated. Then, a feedforward-feedback control structure is considered, where control gains are adaptively adjusted based on the stability theory of Lyapunov. In droop-based microgrids, voltage and frequency deviations occur when loads change. The primary control ensures voltage and frequency stabilization but cannot restore them to nominal values. To address this issue, secondary control comes into play. While various control methods have been proposed for regulating frequency to its nominal value in the secondary control level without the need for a communication infrastructure, the challenges of these methods and their ability to simultaneously regulate voltage and frequency in microgrids have not been fully investigated. In the third phase of the thesis, an adaptive MIMO control approach is proposed for restoring voltage and frequency to their nominal values while ensuring appropriate power sharing among distributed generation units in an islanded microgrid. The proposed adaptive controllers are designed based on two approaches: droop-based and inertia-based schemes. Furthermore, the impact of design parameters on system performance is thoroughly examined, demonstrating that these parameters can be tuned to achieve predictable outcomes. The required modeling and simulation are performed using MATLAB/Simulink and SimPowerSystems environments.

Strengthening building structures against earthquakes has long been one of the important issues in structural engineering. The traditional method of designing structures is to have sufficient strength against loads along with flexibility against deformation. But these methods make building structures have a constant capacity to resist earthquakes. The problems of these methods have caused researchers to invent new methods called control of structures to strengthen them against the harmful effects of earthquakes. The control of building structures is generally divided into four categories: passive control, semi-active control, hybrid or combined control, and active control. Active control of structures has more and better control efficiency than passive structures due to some advantages such as sensing environmental changes and adapting performance. According to these explanations, the generalities of this treatise can be found in providing methods for active control of structures. He summarized the constructions. QFT control is one of the controller design methods for linear and non-linear systems, invariant with TI time and variable with continuous TV time and uncertain MISO sampled data and MIMO systems with output and internal variable feedback. Among the proposed methods in the control of uncertain processes is the method of quantitative feedback theory, which provides the best possible answer for SISO problems due to accurate and quantitative dealing with uncertainty and the optimal response range. QFT design methods use some kind of graphical and numerical methods along with Nichols chart. In general, QFT design seeks high loop gain and large phase limit so that robust behavior results. Because a robust control system exhibits stable behavior despite changing process parameters and disturbing inputs, and also provides a robust response to command inputs. The dynamics of building structures exposed to earthquakes can be considered as a system with external disturbances. On the other hand, the parameters of the mass and stiffness of the structure are estimated using identification methods and include uncertainty. According to these explanations, the use of mentioned control methods to control building structures and stabilize them against earthquakes and against the uncertainty of structural parameters seems appropriate. In this treatise, these methods are used to design the controller for non-linear structures and structures with uncertain parameters.

Due to the increase in population and energy demand, the expansion of urbanization and the advancement of technologies in the field of technology, the importance of using clean energy sources for the use of energy is more visible than in the past decades. Due to their high reliability and flexibility, microgrids are the most important tools for estimating such needs. Although the use of microgrids in different working modes and different types can have its own advantages and disadvantages, it should be noted that DC microgrids are more popular due to less losses. On the other hand, due to the presence of distributed generation resources, uncertainties are unavoidable in microgrids. Among these uncertainties, we can mention the presence of disturbances and measurement noises in such systems. In order to deal with system performance failures caused by disturbances and noises, resilient methods are included in the controller design structure. One of the types of controllers resistant to disturbances and noise is self-tuning regulators. Such regulators, which can be combined with an adaptive approach, show proper performance against disturbances and noise. In this thesis, adaptive self-tuning regulators based on system zero cancelation have been used to control voltage and check the resilience of DC microgrids against disturbances and noise. The results show that the proposed controller is well able to regulate the voltage for reference inputs with different values. By applying disturbances to the system, the self-tuning regulator exhibits a very good efficiency in removing the disturbance, and the system maintains the desired performance under the influence of the measurement noise.

By examining the research conducted in recent years, it is possible to identify the exchange and reduction of information as two crucial issues in the microgrids' communications infrastructure. In order to reduce the computing load of controllers and the telecommunication traffic caused by the flow of data, the concept of triggering condition of an event is used in the exchange of information to prevent the transmission of duplicate data. This report identifies the reduction of information exchange as an important issue for this reason. In this regard, the separation of the dynamics of a linear system result in the modification of the current information communication architecture. By dividing a microgrid with alternating current into subsystems comprising frequency, voltage, and reactive power dynamics, the problem of event triggered mechanism can be transformed into a multiple structure. This issue introduces the research's most significant innovation. Thus, the sampling time of each dynamic is selected based on its behavior, resulting in a reduction in the exchange of samples for each variable. The examination of the proposed method entitled multi-event-triggered-dynamic consensus in comparison to other existing traditional methods reveals that the proposed method, in addition to maintaining system stability, robust to some existing disturbances, proper performance in frequency\voltage restoration\recovery, and supporting the correct participation of units in power generation, has been able to reduce the number of sent samples.

In this thesis, two different cancer patient models are examined with regard to the sequence of chemotherapy and radiotherapy and optimal administration. In order to develop mixed therapy, two different models of cancer patients were initially developed. A proper coefficient is assigned to the effects of chemotherapy and radiotherapy in this step. Then, two cost functions were created, one for reducing tumor cells and the other for reducing side effects of agents on healthy cells. With the aid of genetic algorithm II, a bi-objective optimization problems was solved for the optimal amount of medicine to be administered to patient Model-1 and Model-2. Two different cancer patients models demonstrate that chemotherapy should be administered prior to radiotherapy rather than radiotherapy first. Considering the uncertainties associated with the patients in the models, the robustness of the proposed administration was also maintained. For 25 percent uncertainty, the proposed phenomenon regarding sequence and optimal amount was robust.

با توجه به حوادث رخ داده در ادوار گذشته، توسعه جامعه بشری و ساخت سازه های عظیم تر موجب ایجاد خطرات ناشی از حوادث طبیعی مانند زمین لرزه شده است. با توجه به نتایج این حوادث نیاز است به طور جدی تری به آن پرداخت و به دلیل آن که مکان و زمان زمین لرزه را نمی توان دقیق پیش بینی کرد، نیاز به اقداماتی جهت پیش گیری از خطرات ناشی از وقوع آن است. یکی از این اقدامات استفاده از کنترل کننده های هوشمند بوده که امروز بسیار مورد توجه مهندسین سازه است. همانطور که بیان شد در این مطالعه، با درنظرگیری مسئله حفاظت از سازه ها در برابر محرک های طبیعی شدید از طراحی کنترل ارتعاشات هنگام رخداد زمین لرزه جهت مقاوم سازی سازه ها برای افزایش سطح ایمنی سازه و حفظ سلامت افراد استفاده می شود. کنترل کننده ای که در اینجا ارائه شده است کنترل کننده رگولاتور خود تنظیم(STR) است که بر روی مدل ریاضی یک سازه طراحی و شبیه سازی شده است. همچنین در این شبیه سازی از میراگر حساس به میدان مغناطیسی (MR) بهره گرفته شده است و بررسی ها نیز در دو حالت بدون حذف صفر و با حذف صفر انجام شده گردیده و مورد مقایسه قرار گرفته است. در نهایت نتایج طراحی با کنترل کننده بهینه رگولاتور مرتبه دوم خطی (LQR) مقایسه شده است که نتایج مقایسه نشان می دهد کنترل کننده طراحی شده تا حد زیادی به نتایج کنترل کننده LQR نزدیک بوده و توانسته مقادیر معیار ارزیابی قابل قبولی کسب نماید.

ریزشبکه ها، شبکه های محلی کوچکی هستند که از منابع تولید پراکنده، ذخیره سازهای انرژی، و بارها تشکیل شده اند. ریزشبکه ها برای افزایش کیفیت برق مصرفی، کاهش تلفات، و افزایش قابلیت اطمینان می توانند در حالت های متصل به شبکه اصلی برق و یا منفصل (جزیره ای) از آن مورد استفاده قرار گیرند. این شبکه ها می توانند به شکل جریان مستقیم، جریان متناوب و یا هیبرید باشند. بهبود کیفیت ولتاژ ریزشبکه جریان مستقیم با استفاده از پیاده سازی کنترل ثانویه که وظیفه بازیابی ولتاژ و حفظ میزان اشتراک گذاری توان در واحد ها را بر عهده دارد، الزامی است. حضور لایه کنترل ثانویه که مبتنی بر لینک مخابراتی بوده در شرایطی که ریزشبکه مستقل از شبکه اصلی است، ضروری می باشد. از مرسوم ترین ساختارهای کنترلی در سطح ثانویه، کنترل ثانویه توزیع شده بوده که می توان گفت از مهم ترین و رایج ترین معماری های کنترل ثانویه نیز می باشد. در این پایان نامه، یک ریزشبکه ی جریان مستقیم متشکل از چندین واحد تولیدی در نظر گرفته شده است که اساس کار این سیستم چندعامله بر مبنای تبادل اطلاعات در بین عوامل می باشد. از آنجایی که لایه کنترل ثانویه توسط زیرساخت مخابراتی در تلاش است تا اهداف کنترلی سطح ثانویه را برآورده سازد، نه تنها مستعد انواع نامعینی های مخابراتی همانند تأخیرهای مخابراتی، گم شدن اطلاعات و حذف لینک های مخابراتی می باشد، بلکه بسیار آسیب پذیر در برابر حملات سایبری توسط عوامل بیرونی نیز می باشد. حملات سایبری برخلاف نامعینی های مخابراتی همچون تأخیرهای مخابراتی، مستقیماً بر روی مساله پایداری ریزشبکه تأثیر گذاشته و می توانند باعث فروپاشی ریزشبکه نیز شوند. در این پایان نامه، به منظور بهبود کیفیت ولتاژ و بازیابی این کمیت به مقدار مرجع در حین حملات سایبری، با پیاده سازی لایه تشخیص خطا در کنار کنترل ثانویه و اضافه کردن سیگنال کنترلی مناسب لایه تشخیص خطا، تلاش شده با ارائه یک شیوه تاب آور، پایداری سیستم مورد مطالعه تحت حملات سایبری با تزریق اطلاعات غلط تضمین شود.

یکی از مواردی که خطا به طور مستقیم بر سلامت و زندگی اشخاص می تواند تأثیرگذار باشد، تغییرات نامناسب غلظت گلوکز خون است. امروزه جهت بهبود وضعیت بیماران مبتلا به دیابت نوع اول کنترل کننده های مختلفی ارائه شده است و در بعضی از موارد به صورت تجاری شده در حال استفاده می باشد. عامل مهمی که پس از اطمینان از صحت عملکردی کنترل کننده مطرح می شود وجود خطا در سیستم انسولین گلوکز افراد دارای دیابت نوع اول خواهد بود. چرا که تغییرات نامطلوب میزان گلوکز خون اثرات منفی در بدن فرد مبتلا به بیماری دیابت نوع اول ایجاد می کند. در این پژوهش به علت غیرخطی و پیچیده بودن سیستم از رویکرد مبتنی بر سیگنال جهت تشخیص خطا اتخاذ گردیده و تعدادی از خطاهای موجود در سیستم انسولین-گلوکز بیماران دیابت نوع اول مورد بررسی قرار گرفته است. این سیستم در واقعیت، ماهیت ساختاری آن یک سری ادوات الکترونیکی است که در اینجا خطاهای موجود در آن بصورت سیگنال های مشابه با اثرات خطاهای رایج و واقعی آن شبیه سازی شده است. این خطاها در دو حالت خطای پمپ و حسگر که هرکدام به طور جداگانه می توانند تغییرات نامناسبی ایجاد کنند، بررسی شده است. تحلیل های انجام شده در شبیهساز UVA/Padova به عنوان شبیهساز مورد تأیید سیستم غیرخطی انسولین-گلوکز بیماران مبتلا به دیابت نوع اول در حضور بانک کنترل کننده ی PID داده گیری شده است. سپس با استفاده از الگوریتم تحلیل مؤلفه های اساسی ویژگی های قابل ارزیابی که از خطاهای اعمالی می توان استخراج کرد، انتخاب شده است. در نهایت توسط الگوریتم ماشین بردارهای پشتیبان، داده های دریافت شده از خطاهای احتمالی در سیستم لوزالمعده مصنوعی، طبقه بندی و مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت برای مقایسه ی بهتر با محاسبه معیارهای ارزیابی از نتایج بدست آمده و مقایسه آن با سایر روش های پیشین در دو رویکرد مبتنی بر مدل و مبتنی بر سیگنال، می توان مناسب بودن روش پیشنهادی را مشاهده نمود. همچنین در این نتایج بدون در نظرگیری مقدار و زمان میل نمودن وعده های غذایی روش پیشنهادی توانسته نتایج بهتری داشته باشد.

In recent years, cable robots have attracted researchers since they have large workspaces and are lightweight and low-cost. They are directly applicable to rehabilitation tasks, artistic presentation, and widely other applications. However, they need a robust and optimal controller to improve the performance of different operations. This study presents a dynamic model for cable robots and actuators to design a regulator and a tracking controller. To do so, at the first step the cable-suspended planar robots’ kinematic is presented, followed by the dynamics model. Subsequently, the regulation and circular trajectory based on the State-Dependent Riccati (SDRE) method are simulated via MATLAB codes, and a Cable-Suspended Planar Parallel Robot (CPPR) is constructed to implement the simulations. The simulation results show that while the SDRE technique covers nonlinearities, both regulations and tracking controllers stand precise. In addition, there is no sign of saturation in the signal in tracking a circle. As the implementation results show, due to the equipment and the architecture of CPPR, the tracking errors in the lower region are much more tangible. Moreover, the signal saturation exists and may cause steady-state errors along with instability. To avoid this, the implementations were performed at low speeds.

در چند سال گذشته، شناسایی آسیب به صورت لحظه ای در سازه های عمرانی بسیار مورد توجه مهندسین واقع شده است. وجود تاخیر در شناسایی و استفاده از الگوریتم های بهینه یابی در روش های شناسایی مقادیر آسیب از چالش های مطرح در این روش ها است. شناسایی تطبیقی یکی از روش های کارآمد در شناسایی لحظه ای آسیب در سازه ها می باشد. در این پایان نامه، با توجه به چالش های پیش رو، سعی در ارائه روشی کارآمد جهت شناسایی آسیب به صورت لحظه ای در سازه ها تحت تحریکات محیطی شدید (همچون زمین لرزه های شدید و طوفان) ، خواهد داشت. به این منظور، با فرض بر آن که در حین ارتعاش، پاسخ های سازه همچون جابجایی و تحریک ورودی به سازه شامل شتاب زمین قابل دسترسی و اندازه گیری باشد؛ همچنین اطلاعات مربوط به مشخصات سازه ای سیستم ( مانند جرم، سختی و میرایی) در حالت سالم موجود باشد؛ یک روش شناسایی جدید آسیب براساس شناسایی لحظه ای مبتنی بر مدل با استفاده از رویکرد کنترل تطبیقی OMIACA)) ارائه می گردد. در روش پیشنهادی برخلاف روش های مرسوم از الگوریتم های بهینه یابی استفاده نشده است و مشخصات سازه ای سیستم براساس حل صریح روابط ریاضی تعیین می گردد. مزیت عمده این روش انجام فرآیند شناسایی به صورت لحظه ای می باشد. همچنین، ترکیب کنترل کننده نیمه فعال سختی متغیر SAIVS)) با این روش یک طرح جدید از سازه هوشمند جهت جبران آسیب های خطی ایجاد شده ارائه می کند. نتایج موجود در مثال های عددی در فصل پنجم، عملکرد و کارآیی و دقت بسیار بالای روش پیشنهادی را مورد ارزیابی قرار داده است. همچنین، شناسایی دقیق مقادیر آسیب در حضور اغتشاشات و نویز های اندازه گیری، حل معادلات با محدود کردن تعداد حسگرهای اندازه گیری از دیگر توانایی های این روش محسوب می شود.

با توجه به روند رو به رشد استفاده از منابع انرژی در سالهای اخیر، کاهش سوخت های فسیلی و آلودگی ناشی از آنها، همچنین نگرانی در مورد تغییرات آب و هوا و هزینه زیاد توسعه شبکه های سنتی، لزوم بهکارگیری هر چه بیشتر منابع تجدیدپذیر انرژی احساس می شود. یکی از راهکارهای پیش رو برای غلبه بر این مشکلات، استفاده از منابع انرژی تولید پراکنده می باشد. راه بهینه استفاده از این منابع، ایجاد ریزشبکه است. مفهوم ریزشبکه برای حل مشکل ادغام منابع تجدیدپذیر انرژی و ژنراتورهای توزیع شده در شبکه قدرت، به وجود آمده است. طبق تعریف؛ ریزشبکه ها مجموعه ای از منابع تجدیدپذیر انرژی مانند انرژی باد و خورشید، دستگاه های ذخیره ساز انرژی و بارهای محلی هستند که به دو صورت متصل به شبکه و جزیره ای می توانند مورد بهره برداری قرار گیرند. ریزشبکه هم مانند دیگر شبکه های الکتریکی در معرض انواع خطاها قرار دارد و برای حفظ امنیت آن، باید روش های حفاظتی مناسب هنگام رخداد خطا به کار گرفته شوند. این روش ها باید توانایی تشخیص خطا در زمان مناسب را داشته باشند به گونهای که کمترین آسیب به سیستم وارد شود. در این پایان نامه یک ریزشبکه ACمتصل به شبکه سراسری در نظر گرفته شده و به آن خطای اتصال کوتاه متقارن اعمال شده است. مهم ترین نوآوری این تحقیق، تشخیص خطاهای احتمالی در ریزشبکه ها با استفاده از روش های مبتنی بر سیگنال است. ضرورت اصلی انجام این تحقیق این است که با تشخیص به موقع خطا در ریزشبکه، امکان جلوگیری از عواقب خطرناک آن با استفاده از روش های مبتنی بر سیگنال فراهم گردد. فرض می شود ریزشبکه در معرض انواع خطاهای احتمالی، اغتشاش و نامعینی قرار دارد و هدف، طراحی سیستمی است که بتواند در کمترین زمان ممکن، خطا را تشخیص داده و محل وقوع آن را تعیین کند. بر این اساس، با استفاده از رویکرد مبتنی بر سیگنال و استخراج شکل موجهای سیگنال های جریان، ولتاژ و توان خروجی منابع تجدیدپذیر انرژی و بارهای ریزشبکه در لحظه وقوع خطا و مقایسه آنها با حالت نامی، وقوع خطا تشخیص داده شده است. برای تعیین مکان خطا، ویژگی های حوزه زمان سیگنال توان استخراج و به عنوان ورودی به الگوریتم ماشین بردار پشتیبان داده می شود و با استفاده از روش طبقه بندی کننده ماشین بردار پشتیبان، مکان خطا نیز تشخیص داده شده است. همچنین به کمک این روش، خطا و اغتشاش در منابع تجدیدپذیر انرژی با هم مقایسه شده اند و این روش به خوبی قادر به تشخیص آنها از یکدیگر است.

In this thesis, design, fabrication and control of a multi degree of freedom manipulator is studied. In the robot categories, manipulators are known as serial robots. Nowadays, serial robots have wider range of applications in different industries and they are more common ones, in comparison to parallel robots. In this thesis, firstly different types of serial and parallel robots are studied. Afterwards, for a serial manipulator of three links, kinematic, inverse kinematic and dynamic equations of motion are extracted. The extracted equations coded in MATLAB environment have been validated using an identical system simulated in WorkingModel software. The inverse kinematic method is employed to track the desired end-effector paths. Dynamic equations of motion are obtained using Newton method. The physical parts are designed in SolidWorks and then, the real model of the manipulator is fabricated. Trajectory tracking of the end-effector on linear and nonlinear paths is considered as the main goal. SDRE method is applied for this end in both theoretical and practically. Arduino boards are employed for computer and manipulator interface. Both numerical and realistic simulations reported in this thesis, confirm the applicability of the method and its great potentials.

در این مطالعه، با توجه به اهمیت حفاظت از سازه های مهندسی در برابر تحریک های محیطی شدید از رویکرد کنترل ارتعاشات برای مقاوم سازی سازه ها به منظور افزایش سطح ایمنی و تعمیرپذیری استفاده می شود. در کنترل ارتعاشات سازه ای، پارامترهای کنترلی مناسب و سازوکار حلقه بسته پایدار به منظور دست یابی عملکرد بهینه، به ویژه در حضور نامعینی های پارامتری سازه، ضروری است. رسیدن به عملکرد بهینه موضوع مهمی است که در این مطالعه مورد بررسی قرار می گیرد. در این پژوهش، دو رویکرد برای رسیدن به عملکرد بهینه سازه های هوشمند ارائه می شود. در روش اول، یک ساختار مستقل از مدل برای حل معادله ریکاتی حاصل از تنظیم کننده خطی با معیار مربعی (LQR) تعریف شده و بر اساس یک الگوریتم تکرار یک حل تقریبی برای این معادله ارائه می شود. سپس، همگرایی بهره پس خور به دست آمده از این روش به بهره پس خور کنترل کننده LQR نشان داده می شود. در این روش، فرض می شود که پارامترهای مدل نامعلوم بوده و فقط مقادیر زمان حقیقی حالت های سیستم، یعنی جابجایی و سرعت، در دسترس هستند. در رویکرد کنترلی دوم، یک مدل غیرخطی برای سازه تجهیزشده با میراگر حساس به میدان مغناطیسی (MR) در نظر گرفته می شود. سپس، یک کنترل کننده پس خور حالت غیرخطی بر اساس معادلات ریکاتی وابسته به حالت (SDRE) به منظور کاهش ارتعاشات ناشی از تحریکات شدید طراحی می شود. اساس کار این روش استفاده از خطی سازی توسعه یافته و حل نقطه به نقطه یک معادله ریکاتی وابسته به حالت است. عملکرد کنترل کننده های ارائه شده تحت چند زمین لرزه با انجام شبیه سازی بررسی شده و با کنترل کننده های دیگر، مانند LQR، مقایسه می گردد. همچنین، با در نظر گرفتن نامعینی پارامتری و انجام شبیه سازی میزان مقاوم بودن کنترل کننده ها تحت اثر نامعینی ارزیابی می شود. نتایج نشان می دهند که کنترل کننده های ارائه شده در برابر نامعینی تا حد مطلوبی مقاوم بوده و موجب کاهش پاسخ های سازه به طور مؤثر می شوند.

امروزه تقاضا برای استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در سیستم های قدرت مدرن به دلیل عامل هایی از جمله هزینه سوخت، کاهش تدریجی سوخت های فسیلی و آلودگی های زیست محیطی رو به افزایش می باشد. در شبکه قدرت امروزی ظرفیت تولیدات پراکنده با رابط های اینورتری به سرعت در حال افزایش است. در مقایسه با نیروگاه های بزرگ مرسوم که در آن ماشین سنکرون غالب است، واحدهای متصل شده به شبکه از طریق رابط های اینورتری، فاقد اینرسی بوده و یا دارای مقدار اینرسی ناچیزی هستند. کاهش اینرسی کلی شبکه، منجر به افزایش نرخ تغییرات فرکانس و کاهش حداقل فرکانس در مدت زمان کوتاهی می شود که پایداری سیستم را به خطر می اندازد. برای غلبه بر مسئله کاهش اینرسی شبکه در پاسخ به افزایش نفوذ این منابع جدید، اینرسی مجازی به عنوان راه حلی مناسب معرفی شده و مکانیسم های زیادی برای پیاده سازی آن از طریق رویکرد های مختلف مانند کنترل توان توربین های بادی، ذخیره سازها و کندانسورهای سنکرون پیشنهادشده است. اینرسی مجازی، یا به عبارت دیگر مفهوم ژنراتور سنکرون مجازی، می تواند در شبکه به وسیله سیستم ذخیره ساز انرژی و شیوه کنترلی مناسب ایجاد شود. در واقع، ژنراتور سنکرون مجازی رفتار ژنراتورهای سنکرون واقعی را با استفاده از کنترل منابع مبتنی بر مبدل های الکترونیک قدرت تقلید می کند. درحالی که مطالعات قابل توجهی در زمینه ی چگونگی فراهم کردن اینرسی مجازی از طریق تجهیزات و رویکرد های کنترلی مختلف انجام شده تقریباً اکثر روش های موجود ژنراتور سنکرون مجازی در تقلید معادله نوسان برای ویژگی های اینرسی و میرایی ژنراتور سنکرون واقعی مشترک هستند. بحث کنترل فرکانس در ریزشبکه ها با وجود منابع تولید پراکنده به همراه تجهیزات ذخیره کننده انرژی اهمیت پیدا می کند. با توجه به تغییرات در توان تولیدی تولیدات پراکنده و تغییرات در توان مصرفی بار، فرکانس ریزشبکه تغییرکرده که طراحی کنترل کننده ها جهت بهبود فرکانس ضرورت پیدا می کند. برای ارزیابی راهکار پیشنهادی یک ریزشبکه به عنوان نمونه انتخاب می شود. در این تحقیق، یک ژنراتور سنکرون مجازی پیشنهاد شده است که با تقلید ویژگی های ژنراتور سنکرون واقعی یک اینرسی مجازی ایجاد می نماید که وظیفه کنترل فرکانس در برابر تغییرات بار را بر عهده دارد. بنابراین، به منظور تقویت عملکرد کنترلی ژنراتور سنکرون مجازی درکنترل فرکانس ریزشبکه از یک الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. این الگوریتم با بهینه سازی مقادیر پارامتری کنترلی، کنترل فرکانس ریزشبکه را بهبود می بخشد و انحراف فرکانس را به حداقل می رساند. در ادامه، ریزشبکه به همراه کنترل کننده های طراحی شده در محیط جعبه ابزار شبیه سازی سیستم قدرت در نرم افزار متلب پیاده سازی می شود و نتایج حاصل از شبیه سازی تجزیه و تحلیل می شوند.

In this thesis, new model-based methods are introduced for fault detection in DC-microgrids. Also, the model-based fault detection methods have many challenges, applying this method for DC-microgrids can increase these challenges. The faults in DC-microgrids are considered on two levels. These levels are DC-bus short circuit and parametric faults, respectively. In this thesis, two new methods are designed for DC-microgrids. The first method is designed for detecting DC-bus short circuit by using artificial neural networks (ANNs). The results are shown that this method can be very effective in identifying complex DC-microgrids. Our main challenge in model-based fault-detection is increasing the sensitivity of the residual signal against fault effects and robustness against disturbance effects. The second part of this study aims to solve this challenge for detecting parametric faults in DC-microgrids. Indeed for solving H_-/H_∞ problem, we used from linear matrix inequalities (LMIs). Finally, the H_-/H_∞ based fault detection is compared with Kalman filter based fault-detection in various scenarios. The results are shown that the H_-/H_∞ based fault detection is more effective for detecting parametric fault.

بیماری دیابت به عنوان یک بیماری همه گیر در جهان شناخته شده است و به شرایط حادی اطلاق می شود که در آن تولید و مصرف انسولین در بدن دچار اختـلال شده و در نتیجـه غلظت سطح قندخون افزایش می یابد. در بدن بیماران مبتلا به دیابت به منظور تنظیم سطح قند خون، سیستم معیوب و ناکارآمد انسولین-گلوکز با یک الگوریتم کنترلی جایگزین می شود. لازم به ذکر است که سیستـم حلقه بسته همواره با چـالش ها و مـوانع فناوری مواجه بوده است و پیشرفت آن به منظور غلبه بر این چالش ها و درک بیشتر از سیستم انسولین-گلوکز صورت می گیرد. این پایان نامه، با توجه به چالشها و محدودیت های پیشرو، سعی در ارائه کنترل کننده مناسب برای کنترل سطح قند خون در بیمار مبتلا به دیابت نوع اول دارد. به این منظور، سه سیستم حلقه بسته پیشنهاد شده است. سیستم حلقه بسته پیشنهادی اول مبتنی بر کنترل کننده PID و بر اساس رویکرد مدل چندگانه بوده، و دو مسئله اساسی را در راه حل پیشنهادی در نظر گرفته است: غیرخطی بودن دینامیک سیستم؛ تأخیر موجود در تزریق انسولین و اندازه گیری سطح قند خون. در جهت دستیابی به نتایج بهتر در شاخص های عملکردی و ایجاد مصالحه قوی تر بین هایپرگلایسمی و هایپوگلایسمی بعد از غذا، سیستم حلقه بسته دوم پیشنهاد شد. این روش نیز مبتنی بر روش کنترل غیرخطی به نام کنترل معادله ریکاتی وابسته به حالت SDRE بوده و در چهار گام اساسی طراحی شده است: شناسایی پارامتر های سیستم و شخصی سازی آن برای بیمارهای متفاوت؛ استفاده از کنترل کننده SDRE و بهینه سازی پارامترهای مربوط به آن؛ طراحی رویتـگر حالت جهت تخمیـن حـالت های غیرقابل اندازه گیری و استفاده از مدل اصلاح شده مدل مینیمال برگمن جهت دستیابی به تخمین دقیق تر؛ استفاده از ساختارهای ایمنی جهت محدودسازی تزریق انسولین و جلوگیری از افت قند خون. در نهایت با تعیین وزن های متغیر برای ماتریس های وزنی کنترل کننده SDRE و استفاده از ساختارهای ایمنی و ایجاد مصالحه منطقی بین هایپرگلایسمی و هایپوگلایسمی بعد از غذا به خوبی توانست سطح قند خون را در محدوده هدف نگه دارد. در ادامه جهت بهبود عملکرد کنترل کننده در مقابل نامعینی ها و اغتشاشات وارد بر سیستم، سیستم حلقه بسته سوم نیز ارائه د لغزشی بوده و همانند حالت قبل در چهار گام اساسی به طراحی آن شده است که مبتنی بر الگوریتم غیرخطی مپرداخته شده است. به منظور نشان دادن قابلیت های کنترل کننده ها ی مذکور، عملکردها در برابر اغتشاش غذا، تغییر پارامترها، خطاهای مربوط به اندازه گیری در حسگر قندخون و پمپ تزریق بررسی شده است. شایان ذکر است که این کنترل کننده با توجه به تنظیم بهینه پارامترها و مقاوم بودن آن در مقابل نامعینی های ساختاری و پارامتری، عملکرد بهتر و قابل قبول تری را نسبت به سیستم های حلقه بسته پیشنهادی اول و دوم داشته است.

طراحی کنترل کننده، تشخیص خطا و تخمین پارامترهای سیستم از جمله مسائلی هستند که معمولاٌ فرض معلوم بودن حالت های سیستم در آن ها مطرح است. با این وجود، در اغلب موارد به دلیل در دسترس نبودن حالت های سیستم طراحی رویت گر اجتناب ناپذیر است. از سوی دیگر تقریبا تمام سیستم های واقعی غیرخطی اند و خطی سازی، رفتار آن ها را تا حد زیادی دگرگون می کند. لذا طراحی رویت گر غیرخطی امروزه به یک ضرورت انکارناپذیر تبدیل شده است. نیاز به صرفه جویی در مصرف انرژی و عدم اشغال پهنای باند در کاربردهای صنعتی، در دنیای امروزه که بسیاری از فعالیت های صنعتی به شکل روزافزونی در حال حرکت به سوی کنترل شبکه ای و بیسیم هستند، به یک چالش برای مهندسان بدل شده است. سیستم های مبتنی بر رخداد (Event triggered) به عنوان یک راه مناسب برای پاسخ گویی به این نیازها در سال های اخیر توسعه روزافزونی یافته اند. در این پژوهش با استفاده از روش طراحی معادلات ریکاتی وابسته به حالت (SDRE) و ترکیب آن با روش رخدادتحریک، یک رهیافت جهت طراحی رویت گر غیرخطی معرفی و مورد مطالعه قرار گرفته شده است. در این رهیافت، به منظور یافتن زمان های وقوع رخداد، یک شرط نامساوی مورد بررسی قرار گرفته و در صورت نقض این نامساوی، اطلاعات از حسگر به رویت گر ارسال می گردد. حالت هایی که از این رویت گر به دست می آیند، به عنوان حالات جدید سیستم در کنترل کننده ی غیرخطی مورد استفاده قرار می گیرند. عمل کرد رویت گر مورد مطالعه در یک مثال عددی و سه مثال کاربردی، بازوی رباتیک تک اتصالی، یک منیپیولاتور و یک جرثقیل بررسی و نتایج با رویت گر غیرخطی مقایسه شده است

در اجرای سیستم های کنترل تحت شبکه، به دلیل شرایط غیرایده آل شبکه های مخابراتی، همانند رو ش های دیگر کنترلی یک سری چالش ها و محدودیت ها وجود دارد که می توان از این بین به تأخیر زمانی، از دست رفتن اطلاعات، وجود نویز، محدودیت پهنای باند شبکه، محدودیت انرژی و ... اشاره کرد. در سال های اخیر با توجه به توسعه سیستم های کنترل تحت شبکه، محققین تلاش های بسیاری در حوزه کنترل دیجیتال مدرن برای مقابله با محدودیت های ذکرشده انجام داده اند. یکی از رویکردهای کنترلی اخیر برای مقابله با این محدودیت ها، روش کنترلی رخداد-تحریک است. برخلاف روش های سنتی که ارسال اطلاعات در زمان-های ثابتی صورت می گیرد، درروش کنترل رخداد-تحریک تنها زمانی که لازم باشد اطلاعات ارسال می شود. بنابراین، نرخ استفاده از شبکه ارتباطی کاهش یافته و از این طریق می توان به بسیاری از این محدودیت ها فائق آمد. در این پایان نامه ابتدا، با توجه به توسعه روزافزون سیستم های کنترل تحت شبکه و با توجه به محدودیت های استفاده از شبکه های ارتباطی در این سیستم ها یک مسئله کنترل ردیاب مقاوم رخداد-تحریک برای این نوع سیستم ها بیان می شود. سپس یک راه حل برای این مسئله در قالب یک قضیه ارائه شده و با استفاده از قانون پایداری لیاپانوف پایداری آن اثبات می شود. به منظور ارزیابی روش کنترل ردیاب مقاوم رخداد-تحریک ارائه شده یک سیستم سه تانک به عنوان سیستم موردمطالعه در نظر گرفته شده است. هدف کنترل، کنترل سطح تانک ها برای ردیابی یک خط سیر مطلوب است. نتایج شبیه سازی برای کنترل این سیستم با استفاده از روش کنترل مقاوم رخداد-تحریک ارائه شده نشان می دهد مادامی که هدف کنترلی به نحو احسن برآورده شود استفاده از شبکه ارتباطی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. در ادامه، با توجه به اهمیت کنترل ثانویه در ساختار کنترل سلسله مراتبی ریزشبکه ها و همچنین با توجه به استفاده از شبکه ارتباطی در این کنترل کننده، جهت ارسال اطلاعات واحدهای تولید پراکنده به یکدیگر، یک ساختار ارتباطی رخداد-تحریک با استفاده از رؤیتگر رخداد-تحریک جهت کاهش نرخ استفاده از شبکه ارتباطی در ریزشبکه ها در قالب یک قضیه ارائه شده و همگرایی آن اثبات می شود. نتایج شبیه سازی به دست آمده قابلیت فوق العاده کاهش نرخ ارسال اطلاعات در ریزشبکه ها را با استفاده ازاین روش نشان می دهد.

به دلیل کاهش سوختهای فسیلی و مسائل زیست محیطی، استفاده از انرژیهای تجدیدپذیر در سیستمهای قدرت به سرعت درحال افزایش میباشد. وجود منابع تولید پراکنده در شبکه روی توان جاری شده و ولتاژ شبکه تاثیر میگذارد و این میتواند بر روی پارامترهای عملکردی سیستم تاثیرات مثبت یا منفی داشته باشد. لذا باتوجه به اهمیت تشخیص خطا دراین ریزشبکه ها، با استفاده از روش معادله ریکاتی وابسته به حالت، رویتگر-کنترلگر زیربهینه ای برای ریزشبکه DC طراحی میشود. اهداف مورد نظر، امکان تشخیص به موقع خطا، جداسازی منطقه خطا در زمان مناسب و کنترل ولتاژهای خروجی سلول خورشیدی، باتری، بانک خازنی و باس DCمیباشند. در فرایند طراحی رویتگر-کنترلگر از یک مدل غیرخطی برای مدلسازی رفتار دینامیکی ریزشبکه در شرایط کاری مختلف استفاده میشود. عملکرد ریزشبکه مورد مطالعه در حضور عدم قطعیت در پارامترهای سیستم مورد ارزیابی قرار میگیرد. نتایج شبیه سازیهای انجام شده، حاکی از توانایی بالای روش پیشنهادی در تشخیص به موقع خطا، عدم تشخیص اغتشاش بعنوان خطا و همچنین عملکرد موثر و مقاوم کنترگر پیشنهادی حتی درحضور اغتشاشات وارده به سیستم میباشد.

نفوذ بالای انرژی بادی در سیستم های قدرت مدرن، چالش های بسیاری را با توجه به طبیعت نوسانی و غیر قابل پیش بینی باد به وجود آورده است. سیستم های قدرت با نفوذ بالای انرژی بادی و خطوط انتقال طولانی، مسائل و رفتارهای پیچیده ای دارند. از آن جمله مسئله نوسانات بین ناحیه ای را می توان نام برد. از آنجایی که نیروگاه های بادی در نواحی دور از شبکه قدرت قرار می گیرند، می توانند به طور مؤثری به میرایی این نوسانات فرکانس پایین کمک کنند. با توجه به ماهیت متغیر انرژی بادی، امروزه استفاده از ماشین های سرعت متغیر به ویژه ژنراتورهای القایی ازدوسو تغذیه (DFIG)، با توجه به مزایای متعدد آن ها از قبیل هزینه کم، اندازه کوچک، توانایی تولید حداکثر توان در شرایط بادهای مختلف و قابلیت کنترل توان اکتیو و راکتیو به صورت مجزا، به طرز چشمگیری افزایش یافته است. از آنجایی که پیاده سازی یک الگوریتم کنترلی برای سیستم های غیرخطی همواره به صورت یک چالش بوده است، در این پایان نامه یک طرح کنترلی بر اساس روش غیرخطی، مقاوم و زیربهینه معادلات ریکاتی وابسته به حالت (SDRE)، برای DFIG توسعه داده شده است. ایده اصلی این روش کنترلی، نمایش یک سیستم غیرخطی به صورت یک سیستم خطی وابسته به حالت است. با توجه به دشواری روش های طراحی کنترل کننده غیرخطی برای سیستم های عملی، روش مذکور یک راهکار عملی برای کنترل غیرخطی است که طراحی آن به سادگی طراحی کنترل کننده مرتبه دوم بهینه برای سیستم های خطی می باشد که با حل یک معادله ریکاتی جبری، جایگزین مناسبی را برای حل معادله دشوار هامیلتون-ژاکوبی-بلمن، در رابطه با مسائل کنترل بهینه غیرخطی ارائه می دهد. استراتژی کنترلی پیشنهادی با استفاده از قابلیت تنظیم توان راکتیو ژنراتور DFIG، به بهبود میرایی نوسانات بین ناحیه ای سیستم قدرت و افزایش پایداری آن کمک می کند. شبیه سازی های انجام شده در محیط نرم افزار متلب، برای یک سیستم قدرت دوناحیه ای با حضور یک مزرعه بادی در ناحیه اول آن، نشان دهنده عملکرد مؤثر کنترل کننده پیشنهادی حتی با وجود نامعینی‎ های پارامتری می باشد. همچنین با توجه به نیاز اساسی ژنراتور DFIG، جهت قابلیت ردیابی مقادیر مطلوب سیگنال های توان اکتیو و راکتیو استاتور، کنترل مقاوم این ژنراتور به منظور ردیابی مقادیر مطلوب متغیر با زمان سیگنال های مذکور، با طراحی یک کنترل کننده ردیاب SDR

عملیات برداشت غلات توسط کمباین با تلفات بالایی همراه است که بیشترین میزان تلفاتمربوط به دماغه است. هدف از انجام این تحقیق کاهش تلفات دماغه کمباین و کاهش ریزش دانه گندم است. برای این منظور اقدام به طراحی و ساخت سامانه ای شده است که توسط حسگر مافوق صوت تراکم محصول را اندازه گیری می کند و بر اساس آن سرعت چرخ فلک را در لحظه و بدون دخالت راننده کنترل می نماید. این سامانه شامل دو قسمت مکانیکی و الکترونیکی است. برای پیاده سازی سیستم تشخیص تراکم، یک مدل کارگاهی از چرخ فلک کمباین به قطرcm 85با تعداد چهار پره ساختهو روی یک شاسی نصب شد. نیروی محرک آن توسط یک موتور الکتریکی تک فاز با قدرت 5/1 اسب بخار و دورrpm1400 تامین شد و به منظور ایجاد سرعت-های دورانی مختلف،دستگاه مجهز به سیستم تغییر سرعت پولی متغیر شد.به منظور طراحی، ساخت و ارزیابی سایر قسمت های این سیستم،آزمایش های متعددی انجام گرفت. در آزمایش اول از نمونه های محصول زراعی گندم به منظور ایجاد تراکم های مختلف استفاده شد و حسگرها در فواصل معینی از هم قرار گرفتند. سپس اقدام به طراحی و ساخت مدار اصلی براساس نتایج آزمایش اول گردید. حسگرها در فاصله استاندارد 3/4 متری از هم قرار گرفتند. سپسبه منظور مقایسه دو سیستم معمولی و مجهز به سامانه سنجش تراکم،مدت زمان پاسخگویی سیستم و تلفات محصول بررسی شد. نتایج آزمایش بیانگر توانایی این سیستم برای ارزیابی تراکم غلات بود. در ضمن مناسب ترین حسگر برای انجام این آزمایش، حسگری با برد مؤثر 6 متر و فرکانس 43 کیلو هرتز بود. نتایج عملکرد حسگرهای فراصوت پس از طراحی و قرار گرفتن در مدار تقویتی نیز به این صورت بود که قدرت سیگنال دریافتی به صورت منظمی با توجه به افزایش تراکم محصول کاهش یافت و حرکت دورانی چرخ فلک را به نسبت این تراکم تحت کنترل قرار داد. بر این اساسمیانگین ساقه های شکسته شده در حالت معمولی 1/32 ساقه شکسته و برای حالت مجهز به سامانه فراصوتی 3/20 ساقه شکسته بود. مقایسه میانگین ها نشان داد که میانگین زمان پاسخگویی سیستم و تلفات محصول در حالت اتوماتیک نسبت به حالت معمولی تفاوت معناداری دارد.