EC:92231556

موضوع

Adaptive Control System

تهيه کننده

عليرضا محمد باقر تهراني 92231556

چکيده

در اين تحقيق به بررسي روشي نوين در حوزه کنترل ميپردازيم که از روشهای هوش مصنوعي برای کنترل بهرمند ميشود. اين روش را به اصطلاح، کنترل تطبيق پذير Adaptive control ميناميم در ابتدا توضيح مختصری از کنترل خواهيم داشت و در ادامه آن به دليل استفاده از روش کنترل تطبيق پذير خواهيم پرداخت. بطور مختصر کنترل تطبيق پذير و موارد استفاده آنرا شرح ميدهيم و يک نمونه از دنيای واقعي کنترل که استفاده از اين روش باعث بهتر شدن کنترل در آن شده است را نشان خواهيم داد. اين روش دارای معايبي نيز ميباشد که در انتها به شرح مختصری از معايب استفاده از اين روش اشاره شده است.

معرفي سيستمهای نرم افزاری Adaptive

سيستمهای Adaptive يا تطبيق پذير در حقيقت سيستمهائي نرم افزاری هستند که زيرشاخه سيستمهای هوش مصنوعي بشمار مي¬آيند. يکي از کاربردهای اين سيستمها بالا بردن تعامل و بهتر شدن ارتباط بين سيستم نرم افزاری و کاربر استفاده کننده از آن ميباشد. در نرم افزارهای امروزی به دليل بالا رفتن قابليتها و توانمنديهای آنها و در نتيجه پيچيده تر شدن آنها، کار با آنها برای کاربران نا آشنا با سيستم، مشکل شده است. همچنين امکانات پيچيده باعث شده تا شخصي سازی در آنها به دشواری صورت پذيرد. به عنوان مثال برای کار با نرم افزارهای مختلف، هر فردی بايد آنها را Configure کند تار کار با آنها براحتي امکانپذير گردد. اين کار برای بسياری از کاربران دشوار و در بسياری موارد امکانپذير نميباشد. سيستمهای Adaptive تعامل با کاربر را آسان و در بسياری موارد ارتقا ميدهد. در حقيقت اين سيستمها، بروشهای هوشمند مدلي از کاربر بدست مي آورد و بر اساس مدل کاربر، خود را با آن سازگار ميکند. در سيستمهای تطبيق پذير، بمرور که سيستم بيشتر کار ميکند و اطلاعات بيشتری بدست مي آورد و در حقيقت دانش آن افزايش پيدا ميکند ميزان دقت سيستم نيز افزايش پيدا ميکند. کاربردهای متعددی برای سيستمهای تطبيق پذير معرفي شده است. از جمله ميتوان به Personalization, Recommender systems و نيز Adaptive control اشاره کرد. سعي شده در اين تحقيق بر روی Adaptive control ها تمرکز صورت بگيرد و کاربرد آنها را در دستگاههای مختلف با هم ببينيم در سيستمهای کنترل نوين معمولا از کنترل ديجيتال بسيار استفاده ميشود. در ذيل دلائلي که سعي ميشود از کنترلهای تطبيق پذير استفاده گردد، بيان شده است

- سيستم ها برای کنترل صحيح نياز دارند تا محيط اطراف را کاملا بشناسند ولي در بسيار موارد اين امکان وجود ندارد که دستگاه شناخت کافي از محيط اطراف داشته باشد.

- دستگاههای کنترل کننده در بسياري موارد بايد با کاربر خود تعاملي سازنده داشته باشند ولي بدليل پيچيدگي کار آنها، اين تعامل در حالت معمول پيچيده ميباشد.

- کاربران سيستمهای کنترلي برای داشتن يک کنترل بهتر در شرايط گوناگون بايد بتوانند آنها را Configure کنند که اين امر مستلزم داشتن دانش مخصوص آنهاست و غالبا در کاربران اين سيستمها يافت نميشود.

- سيستمهای کنترلي در بسياری موارد نياز دارند تا با سيستمهای کنترلي ديگر ارتباطي سازنده داشته باشند. اين گونه برقراری ارتباط و ارتقاء سطح کاری در اين سيستمها توسط کاربران بسيار دشوار ميباشد.

معرفي سيستمهای کنترلي

سيستمهای کنترل و مطالعه آنها يکي از مهمترين فيلدهای مطالعاتي امروز است و کاربرد وسيعي دارد. از دستگاههائي مانند توستر و توالت گرفته تا ماشين آلات پيچيد ماننده شاتل فضائي همگي از سيستمهای کنترلي بهرمند شده اند. در حقيقت کنترل بخشي از زندگي همه ماست. سيستمهای کنترل را از نظر نحوه کار ميتوان به دو دسته اصلي Open Loop و Close loop تقسيم کرد. همين دسته بندی را برای سيستمهای کنترلي ديجيتال هم استفاده ميکنند. غالبا فيدبک را در سيستمهائي بکار ميبرند که محيط صد در صد نداريم و نحوه عملکرد محيط کاملا پيش بيني شده نيست. در حقيقت کليه سيستمهای واقعي اطراف ما چنين سيستمهائي هستند. سيستم توسط فيدبک بطور مداوم از محيط اطلاعات ميگيرد و خطای کنترلي خود را محاسبه و اعمال ميکند. در سيستمهای کنترلي ديجيتال نيز به همين صورت عمل ميگردد. شکلهای ذيل دو حالت کلي سيستمهای کنترلي را نشان ميدهد

اين نوع سيستمهای کنترلي را سيستمهای کنترلي خطي مينامند. يعني وقتي تاثيری بر سيستم گذاشته ميشود تاثير آن در همان زمان در خروجي ديده ميشود. نوع ديگری از سيستمها هستند که دارای تاخير زماني S(t) ميباشند و خروجي در سيستم با تاخير تابعي از زمان ديده ميشود. اينگونه سيستمها را سيستمهای غير خطي مينامند. در اکثر موارد محاسبه تابع تاخير S(t) کاری بسيار دشوار و غير قابل انجام ميباشد. از اين رو طراحي يک سيستم کنترلي غير خطي کاری بسيار دشوار است. در شکل ذيل نمونه يک سيستم غير خطي نشان داده شده است

مثال اين سيستم غير خطي را ميتوان دوش حمام مثال زد. بر اساس ميزان باز شدن شير، و فشار آب و دمای آب داخل لوله، زمان گرم شدن آب خارج شده از لوله متفاوت است. اين زمان برای دوشهای توليد شده مختلف بر اساس طول آنها و قطر لوله متفاوت است. بنابراين اگر بخواهيم يک سيستم کنترلي دوش را طراحي کنيم، بايد برای هر کدام يک پارمتر کنترلي محاسبه و اعمال کنيم. همچنين برای محلهای نصب مختلف، نيازمند پارامترهای کنترلي مختلفي ميباشيم. محاسبه پارامترهای مختلف برای بدست آمدن S(t) بطور يقين برای هر شخصي قابل محاسبه و اجرا نيست. بنابراين بايد از سيستمهای کنترلي استفاده گردد که بصورت هوشمند سيستم را شناخته و اين پارامترها را محاسبه کنند. اينگونه سيستمها که ميتوانند را Adaptive control system ميناميم. در ذيل يک شکل از نحوه عمل اين سيستمها را ميبينيم.

شکل فوق يک نمونه پيشنهادی از نحوه عملکرد سيستمهای کنترلي تطبيق پذير است. همانطور که در شکل مشخص است، سيستم با يکسری پارامترهای پيش فرض شروع به کار ميکنند. پس از کار سيستم، دانش آن از خروجي و نحوه عملکرد آن بمرور افزايش پيدا ميکند. اين دانش از طريق روشهای هوشمند، توسط واحد Parameter Adjustment مجددا به قسمت کنترلي اعمال ميگردد. همين فرآيند بطور مداوم اتفاق مي افتد تا سيستم در مسير صحيح کنترلي قرار گيرد.