طراحي كنترل‌كننده چندگانه براي سيستم‌هاي غيرخطي با استفاده از يك روند بهبود يافته انتخاب مدل‌هاي محلي نامي

Multi-Model Control of Nonlinear Systems Using an Improved Procedure for Nominal Local Models Selection

اين مقاله بر انتخاب مدل‌هاي محلي نامي در روش مدل‌هاي چندگانه براي سيستم‌هاي غيرخطي متمركز است و از ابزار gap metric براي اندازه‌گيري فاصله بين مدل‌هاي خطي استفاده مي‌شود. همچنين به منظور تجزيه سيستم غيرخطي به تعداد كمتري از مدل‌هاي محلي نامي، دو مرحله تجزيه و طراحي كنترل‌كننده‌هاي محلي با يكديگر يكپارچه مي‌شوند. كنترل‌كننده‌هاي محلي طراحي شده در زيرناحيه‌هاي ابتدايي مي‌توانند براي زيرناحيه‌هاي آتي مؤثر باشند در حاليكه در روش‌هاي مبتني بر جستجوي متوالي اين موضوع ناديده گرفته مي‌شود و لذا اين روش‌ها از افزونگي كنترل‌كننده‌هاي محلي و متناظراً پيچيدگي كنترل‌كننده نهايي رنج مي‌برند. بدين‌ترتيب با در نظر گرفتن تأثير كنترل‌كننده‌هاي محلي طراحي شده در زيرناحيه‌هاي قبل، روند انتخاب مدل‌هاي محلي نامي در روش مبتني بر جستجوي متوالي بهبود يافته و تعداد كنترل‌كننده‌هاي محلي به صورتي چشم‌گير كاهش ‌مي‌يابد. براي بررسي عملكرد روش ارائه شده، سيستم pH كه يك سيستم شديداً غيرخطي است مورد مطالعه واقع مي‌شود. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه عملكرد كنترل‌كننده نهايي در رديابي ورودي مرجع و دفع اثر اغتشاش مناسب است در حاليكه تعداد كنترل‌كننده‌هاي محلي در مقايسه با روش جستجوي متوالي به نصف كاهش مي‌يابد.

This paper is focused on selecting of nominal local models (NLMs) to design the multi-model based controller for nonlinear systems. Also gap metric is used as a powerful tool to measure the distance between local linear models. In order to decompose the nonlinear system into smaller number of NLMs, selecting of NLMs and designing the local controllers are integrated. The designed local controllers for the primary sub-regions may be able to stabilize other local models of the next sub-regions while the traditional successive search methods disregard the efficacy of the former NLMs and corresponding local controllers. Therefore, these methods suffer from the redundancy problem and complexity of the multi-model controller. It is shown that improving of NLMs selection procedure by considering the efficacy of local controllers in the entire operating range can intensely reduce the number of NLMs and local controllers. Therefore, improving the decomposition procedure, screening the efficacy of the local controllers in the entire operating range, and reducing the number of local controllers are the main advantages of the proposed decomposition procedure in this paper. To evaluate the effectiveness of the proposed method, a highly nonlinear process, pH neutralization, is simulated. The results prove the effectiveness of the proposed method in set-point tracking and disturbance rejection while the number of NLMs is half in comparison to other traditional successive search methods.