izpis_h1_title_alt

PRISTOPI VODENJA PREKLOPNIH HIBRIDNIH SISTEMOV NA PODLAGI MEHKIH MODELOV
ID BAŽDARIĆ, ROBERT (Avtor), ID Škrjanc, Igor (Mentor) Več o mentorju... Povezava se odpre v novem oknu, ID Matko, Drago (Komentor)

.pdfPDF - Predstavitvena datoteka, prenos (12,10 MB)
MD5: E4AC8A217E0AC47018FA63E880F9BDAF
PID: 20.500.12556/rul/546d0200-9666-4f66-b238-62131ccae779

Izvleček
V zadnjih dvajsetih letih je vodenje hibridnih sistemov vzpodbudilo velik znanstveni interes. Glavni razlogi se skrivajo predvsem v uporabnosti hibridnih sistemov za širok spekter fizičnih sistemov, še posebej tistih, ki so nastali v sklopu sodobnega tehnološkega razvoja. Cilj naše študije je razvoj pragmatičnega izogibanja nelinearnim fenomenom pri vodenju hibridnih sistemov, s fokusom na podmnožici preklopnih hibridnih sistemov. Razviti zakoni vodenja predstavljajo avtorjevo splošno idejo o vodenju nelinearnih dinamičnih sistemov. Ti zakoni se bodo uporabljali za namen vodenja na podlagi hevrističnega principa. Glavni poudarek bo na vodenju na osnovi identifikacije mehkih modelov, kot univerzalnem aproksimacijskem pristopu k modeliranju in izboljšanju več strukturnih in globalnih modelov. Prva faza se nanaša na identifikacijo ustaljenega stanja hibridnih sistemov. Druga faza se nanaša na identifikacijo dinamičnega modela hibridnega sistema (sprejemljive natančnosti), ki z analitičnega stališča predstavlja kvalitativne in kvantitativne lastnosti sistema. Pri razvoju algoritmov bo poudarek na prediktivnih metodah vodenja hibridnih sistemov na osnovi mehkih modelov, ki bodo v večji meri odpravile glavno negativno značilnost takšnih metod in sicer tj. kompleksnost obdelave v realnem času. Prilagojena različica algoritma, ki predvideva sub-­optimalno vodenje, pa je širše uporabna in sicer tudi za sisteme, ki imajo vgrajen šibkejši mikroprocesor. Tradicionalno poenostavljanje modelov hibridnih sistemov je (v skladu s teorijo elektronskih vezij) običajno izvedeno s tako imenovanim postopkom povprečja, pri katerem se izogibamo modernim pristopom kombiniranja diskretnih in zveznih sistemov. V nasprotju s tem bodo v naši študiji (poleg tradicionalnih) harmonično integrirani tudi moderni pristopi k obravnavi hibridnih sistemov. Takšno homogeniziranje dveh nasprotnih pristopov bo afirmiralo modeliranje nelinearnih sistemov na podlagi identifikacije. Slednja predstavlja vodilno strategijo na poti k izdelavi modela za širšo uporabo. Osnovna ideja je še vedno zgraditi model kompleksnega sistema (sestavljenega iz diskretnih in zveznih elementov) v obliki nadomestnega zveznega modela, pri čemer se moramo zavedati kompleksnosti prehodov iz enega načina delovanja v drugi način. Ti prehodi hkrati vplivajo na končno in edinstveno obliko modela. Obravnavani sistemi imajo merljive spremenljivke stanj, kot tudi parametre procesa. Ta predpostavka spodbuja glavno idejo in odpira možnost zajema podatkov z opazovanjem kompleksnih prehodov stanj (pri katerih gre za sočasno spremembo zveznih trajektorij in diskretnih stanj). Ta informacija se kasneje še vedno ohranja v končni transformaciji iz prostora stanj v psevdo-­‐normiran prostor. Te ideje ustvarjajo čvrste temelje za končno formiranje nove metode vodenja ter prispevajo k parcialnim in ciljnim dosežkom. Primer sistema, ki omogoča uporabo predstavljene metodologije, je DC-­‐DC pretvornik navzgor. Ta ni samo dober primer preklopnega sistema, ampak je hkrati tudi primer vsesplošno uporabnega vira napetosti, ki je prisoten predvsem pri alternativnih energetskih virih. Njegova pomembnost se kaže tudi v obliki številnih študij, ki so nastale od začetka uporabe polprevodnikov. Izogibanje nelinearnim fenomenom [1,7-­‐10,56,57] je ena od glavnih motivacij in ciljev pri izdelavi algoritma vodenja, ki je inteligenten, robusten in ekonomičen v smislu porabe časa procesiranja. V nasprotju s prvimi ugotovitvami avtorjev Ćuk, Ericson in Middlebrook [23,24] je natančnost matematičnega modeliranja v veliki meri odvisna od prehodnih pojavov med stanji sistema in nezveznosti njihovih funkcij pri istem času. Ti problemi so bili odkriti že v sredini prejšnjega stoletja, šele proti koncu prejšnjega stoletja pa so se pojavili v obravnavi »chattering« efektov, »Zeno« obnašanja in nelinearnih fenomenov tudi pri dobro poznanih metodologijah HS. S stališča linearne teorije vodenja sistemov vodenje na osnovi majhnih signalov (kot so to imenovali omenjeni avtorji) dobro deluje v okolici delovne točke sistema. Torej, z linearizacijo v izbrani delovni točki in analitičnim pristopom je model (omenjeni avtorji navajajo, da gre za »povprečni model«) mogoče uporabiti na širšem območju delovanja. Kot je že bilo omenjeno, z namenom, da bi dosegli robustno delovanje algoritma vodenja, je potrebno pri širjenju področja delovanja DC-­‐DC pretvornika in preklopnih hibridnih sistemov upoštevati teorijo vodenja nelinearnih dinamičnih sistemov. Z obravnavanjem hibridne strukture [2,3], robustne rešitve [3,4], naravne limite [3], redukcije kompleksnosti [5,6] in vseprisotnega problema izogibanja nelinearnim pojavom [7-­‐10] se pojavijo zelo zanimivi izzivi, ki jih je potrebno rešiti za uspešno vodenje DC-­‐DC pretvornikov. Najuspešnejše sodobne rešitve [3] temeljijo na linearni matrični neenakosti in optimizaciji HS [3,5,6], na algoritmih za zmanjšanje kompleksnosti [11], na formalizmu komplementarnosti (za namen zmanjšanja nedoločenosti modela) [12,13], na metodi drsnega načina vodenja [14,15], na metodi hevrističnega vodenja, na nevronskih mrežah in na metodi mehkega vodenja [10,16, 138]. Slednja metoda [16,138] je obravnavana in podrobno predstavljena v tej disertaciji, tako da formira enotno in izboljšano metodologijo vodenja na področju preklopnih hibridnih sistemov, kamor sodi tudi obravnavani DC-­‐DC pretvornik navzgor.

Jezik:Angleški jezik
Ključne besede:hibridnisistemi, preklopnihibridnisistemi, nelinearnovzbujenipojavi, DC-­‐DCpretvornik, modeliranjeDC-­‐DCpretvornikanavzgor, identifikacijanelinearnihsistemov, mehkimodeli, identifikacijanaosnovimehkihmodelov, prediktivnovodenje
Vrsta gradiva:Doktorsko delo/naloga
Organizacija:FE - Fakulteta za elektrotehniko
Leto izida:2017
PID:20.500.12556/RUL-98327 Povezava se odpre v novem oknu
COBISS.SI-ID:11909460 Povezava se odpre v novem oknu
Datum objave v RUL:27.11.2017
Število ogledov:1561
Število prenosov:576
Metapodatki:XML DC-XML DC-RDF
:
Kopiraj citat
Objavi na:Bookmark and Share

Sekundarni jezik

Jezik:Slovenski jezik
Naslov:APPROACHES TO THE FUZZY­MODEL­BASED CONTROL OF SWITCHED AFFINE SYSTEMS
Izvleček:
Hybrid systems control has been of great scientific interest over the past two decades. This is mostly because of its applicability to a broad range of physical systems, especially those resulting from technological advances. The aim of this study is developing a pragmatic avoidance of nonlinear phenomena in the control of hybrid systems (HSs), focusing on the subgroup of switched affine systems (SASs). The developed control laws will propagate the heuristic approach and present the author’s general idea for the control of nonlinear dynamical systems. The main emphasis will be given to Fuzzy Identification as the universal approximation in the modelling and evolving of multi-­‐structural and global models in two directions. First, we identify the steady and stable states of a HS and model it into the global knowledge of a nonlinear dynamical system. Second, we identify the dynamical model of the HS with arbitrary accuracy, which presents the system’s qualitative and quantitative characteristics in an analytical way. The control methods derived accordingly should emphasize the Fuzzy Model Predictive Control (FMPC) of the HS by reducing the main drawback in the complexity of online computing. Furthermore, the combination with suboptimal control gives a wider applicable control algorithm, even in systems consisting of less-­‐powerful microprocessors. Traditionally, the simplification of a HS, i.e. the averaging method in the modelling of electronic circuits, in which the system is presented with an avoidance of the mixed discrete and continuous states by a simple continuous model, as well as the modern theory of hybrid system modelling, will be harmoniously integrated in this study. The conciliation of those two modelling extremes affirms nonlinear identification-­‐based modelling as the leading strategy towards a wider applicable solution. The main idea is still to model a complex discrete/continuous system with a continuous counterpart, but by being aware of its complexity caused by the mode transitions influencing their final and unique model. The systems explored are full state measurable. This condition supports the main idea and opens the possibility to gather the system’s information by the measurement of the complex states’ transitions (continuous trajectories and discrete states of the system simultaneously). Later, the information remains preserved by the final state-­‐space transformation into the pseudo-­‐normed space. These ideas form a firm basis for the novel control methods and the achievement of the defined objectives. Selected as an example of such a system for performing the expressed methodology, a DC-­‐DC Boost converter is not only a good SAS representative, but a contemporary one of the widely used power supplies, applicable in most alternative-­‐ energy sources. Its importance has occupied various types of researchers since the first developed semiconductors. The exclusion of the nonlinear phenomena [1,7-­‐ 10,56,57] is one of the main motivations and the objective in seeking a control algorithm that is more intelligent, robust and economical in the use of processing space. The accuracy of the mathematical modelling, in contrast to the first known modelling of the aforementioned system in the works of Ćuk, Ericskon, Middlebrook [23,24], places the emphasis on the transition moment of the states and the function’s discontinuity at that time. Although these problems were well recognized in the middle of the 20th century, but no less importantly they are emerging again in definitions of the chattering effects, the Zeno behaviour and the nonlinear phenomena, even in the established HS methodologies. A small signal control derived from linear theory gives satisfactory results in the neighbourhood of the operating point, and a linearized model (Averaged-­‐Switch Model) opens up the possibility of a complete analytical examination. However, as mentioned previously, to achieve robustness of the control algorithm, the theory of nonlinear dynamical systems must have the main role in improvements to the operating range of the DC-­‐DC converters and SAS in general. The hybrid structure [2,3], robust solution [3,4], natural constraints [3], complexity reduction [5,6] and emerging problem of nonlinearities exclusion [7-­‐10], can all be recognized as appealing tasks for the control of a DC-­‐DC boost converter. State-­‐of-­‐the-­‐art control solutions [3] are mostly based on Linear Matrix Inequalities (LMIs) optimizations in hybrid systems [3,5,6], relaxation algorithms in the sense of complexity reduction [11], complementarity formalism in reducing the modelling ambiguity [12,13], sliding mode control [14,15] and heuristic approaches, neural networks and fuzzy controls [10,16,138]. The latest [16, 138] work is synthesized, in detail presented in this thesis and forms a unique and advanced control methodology in field of SAS control as a result of excessive research done on the DC-­‐ DC boost converter.

Ključne besede:hybridsystem, switchedaffinesystem, nonlinearphenomena, DC-­‐DCconverter, modellingofaDC-­‐DCboostconverter, identificationofnonlinearsystems, fuzzymodels

Podobna dela

Podobna dela v RUL:
Podobna dela v drugih slovenskih zbirkah:

Nazaj