علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

طراحی کنترل‌کننده مدل آزاد برای سیستم غیر‌خطی ژیروسکوپ آشوبناک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه مهندسی برق، دانشکده مهندسی، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران
چکیده
سیستم ژیروسکوپ، یک سیستم غیر‌خطی جذاب است که در صنایع مختلف نظامی، هوا و فضا، ناوبری و بسیاری دیگر از صنایع کاربرد دارد. با توجه به کاربرد‌های در طیف وسیعی صنایع از ژیروسکوپ، طراحی سیستم کنترل برای بهبود رفتار آن از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. اکثر سیستم‌ها در دنیای واقعی، دارای دینامیک غیر‌خطی می‌باشند و جلوگیری از اثرات مخرب نویز و اغتشاش‌های خارجی غیرقابل‌پیش‌بینی اجتناب‌ناپذیر است. در این مقاله یک کنترل‌کننده مدل آزاد برای این سیستم پیشنهاد می‌شود. به عبارت دقیق‌تر، از کنترل‌کننده مد‌ لغزشی به دلیل مقاوم بودن در مقابل نامعینی‌های دینامیک سیستم و اغتشاش‌های وارد بر سیستم، به‌طور گسترده در کنترل سیستم‌های غیر‌خطی استفاده می‌‌شود. در این مقاله رفتار دینامیکی سیستم غیر‌خطی ژیروسکوپ مورد تجزیه‌وتحلیل قرار گرفته و از کنترل‌کننده مد لغزشی مبتنی بر شبکه عصبی برای کنترل سیستم ژیروسکوپ استفاده می‌شود. پایداری سیستم غیر‌خطی ژیروسکوپ با استفاده از تئوری لیاپانوف اثبات . برای بررسی رفتار سیستم کنترلی پیشنهادی و مقایسه با سایر کنترل‌کننده‌ها، مدل غیر‌خطی ژیروسکوپ در سیمولینک متلب، شبیه‌سازی می‌شود و کارآمدی رهیافت کنترلی پیشنهادی در کنترل سیستم غیرخطی ژیروسکوپ مورد بررسی قرار می‌گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]    M. N. Armenise, C. Ciminelli, F. Dell'Olio, and V. M. N. Passaro, Advances in gyroscope technologies. Springer Science & Business Media, 2010.
[2]    V. M. N. Passaro, A. Cuccovillo, L. Vaiani, M. De Carlo, and C. E. Campanella, "Gyroscope technology and applications: A review in the industrial perspective," Sensors, vol. 17, no. 10, p. 2284, 2017.
[3]    Y. Lei, W. Xu, and H. Zheng, "Synchronization of two chaotic nonlinear gyros using active control," Physics Letters A, vol. 343, no. 1, pp. 153-158, 2005.
[4]    Z. M. Ge, H. K. Chen, and H. H. Chen, "The regular and chaotic motions of a symmetric heavy gyroscope with harmonic excitation," Journal of Sound and Vibration, vol. 198, no. 2, pp. 131-147,  1996.
[5]    X. Tong and N. Mrad, "Chaotic motion of a symmetric gyro subjected to a harmonic base excitation," J. Appl. Mech., vol. 68, no. 4, pp. 681-684, 2001.
[6]    L. Xue, C. Jiang, L. Wang, J. Liu, and W. Yuan, "Noise reduction of MEMS gyroscope based on direct modeling for an angular rate signal," Micromachines, vol. 6, no. 2, pp. 266-280, 2015.
[7]    J. Sun, S. Fan, H. Shi, W. Xing, C. Zhao, and C. Li, "Design and optimization of a resonant output frequency gyroscope for robust sensitivity and bandwidth performance," Microsystem Technologies, vol. 22, no. 10, pp. 2565-2586, 2016.
[8]    Z. Iskakov and K. Bissembayev, "The nonlinear vibrations of a vertical hard gyroscopic rotor with nonlinear characteristics," Mechanical Sciences, vol. 10, no. 2, pp. 529-544, 2019.
[9]    C. H. Miwadinou, A. V. Monwanou, L. A. Hinvi, A. A. Koukpemedji, C. Ainamon, and J. B. C. Orou, "Melnikov Chaos in a Modified Rayleigh–Duffing Oscillator with ϕ6 Potential," International Journal of Bifurcation and Chaos, vol. 26, no. 05, p. 1650085, 2016.
[10]    J. J. Yan, M.-L. Hung, and T. L. Liao, "Adaptive sliding mode control for synchronization of chaotic gyros with fully unknown parameters," Journal of Sound and Vibration, vol. 298, pp. 298-306, 2006.
[11]    M. Roopaei, M. Z. Jahromi, R. John, and T.-C. Lin, "Unknown nonlinear chaotic gyros synchronization using adaptive fuzzy sliding mode control with unknown dead-zone input," Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, vol. 15, no. 9, pp. 2536-2545, 2010.
[12]    J. Montoya–Cháirez, V. Santibáñez, and J. Moreno–Valenzuela, "Adaptive control schemes applied to a control moment gyroscope of 2 degrees of freedom," Mechatronics, vol. 57, pp. 73-85, 2019.
[13]    V. Nekoukar and A. Erfanian, "Adaptive fuzzy terminal sliding mode control for a class of MIMO uncertain nonlinear systems," Fuzzy Sets and Systems, vol. 179, no. 1, pp. 34-49, 2011.
 [14]    C. Wang, "Fractional-order sliding mode synchronization for fractional-order chaotic systems," Advances in Mathematical Physics, vol. 2018, p. 3545083, 2018.
[15]    B. Naderi, H. Kheiri, and A. Heydari, "Anti-synchronization of complex chaotic t-system via optimal adaptive sliding-mode and its application in secure communication," International Journal of Industrial Mathematics, vol. 10, no. 2, pp. 181-192, 2018.
[16]    H. Delavari, "A novel fractional adaptive active sliding mode controller for synchronization of non-identical chaotic systems with disturbance and uncertainty," International Journal of Dynamics and Control, vol. 5, no. 1, pp. 102-114, 2017.
[17]    K. Rabah and S. Ladaci, "A fractional adaptive sliding mode control configuration for synchronizing disturbed fractional-order chaotic systems," Circuits, Systems, and Signal Processing, vol. 39, no. 3, pp. 1244-1264, 2020.
[18]    B. Bourouba and S. Ladaci, "Robust fuzzy adaptive sliding mode stabilization for fractional-order chaos," Algorithms, vol. 11, no. 7.
[19]    S. B. Fazeli Asl and S. S. Moosapour, "Fractional order fuzzy dynamic backstepping sliding mode controller design for triaxial MEMS gyroscope based on high-gain and disturbance observers," IETE Journal of Research, vol. 67, no. 6, pp. 799-816, 2021.
[20]    S. Ding, H. Li, C. Su, J. Yu, and F. Jin, "Evolutionary artificial neural networks: a review," Artificial Intelligence Review, vol. 39, no. 3, pp. 251-260, 2013.
[21]    H. K. Chen, "Chaos and chaos synchronization of a symmetric gyro with linear-plus-cubic damping," Journal of Sound and Vibration, vol. 255, no. 4, pp. 719-740, 2002.
 

  • تاریخ دریافت 04 تیر 1402
  • تاریخ بازنگری 11 شهریور 1402
  • تاریخ پذیرش 26 دی 1402