<span class="vcard"><a class="url fn n" href="https://dlall.ir/author/mitra7-javid/" title="mitra7--javid" rel="me">mitra7--javid</a></span>

ای ارائ ه م ی شود

اگر سیستم به مرز گشتاور رسید، یک فاکتور مقیاس بندی انتخاب می شود ک ه دوره فعالی ت را ب ه م ی کش اند. چند جمله ای در به گونه ای ساختار بندی شده است که مقیاس بندی مسیر هندس ی انته ای روب ات را حف ظ م ی کند. بنابراین مسیر مرجع اصلاح شده به صورت زیر از قبل محاسبه می شود:

مشابهاً، سرعت و شتاب های جوینت اصلاح شده به صورت زیر محاسبه می شود:

که به این معنی است که سرعت و شتاب های جوینت مرجع جدید به وسیله ب ار نس بت ب ه مق ادیر اص لی ش ان، کاهش یافته اند. بنابراین معادله به صورت زیر باز نویسی می شود:

و قابل اندازه گیری هستند. لازم است تل رانس (خط ای مج از) ع دم دق ت در محاس به ی ا تقری ب حرک ت قص ای جوینت صورت چند جمله ای، به عنوان امر عملی در نظر گرفت ه ش ود. از ای ن رو، ف اکتور ب ه معادل ه اض افه می شود. بنابراین، مرزهای ثابت روی گشتاور های ورودی خواهد بود:

که حدود ماکزیمم و مینیمم گشتاور برای جوین ت اس ت. دو جوین ت م رز ه ای ب الایی و پ ایینی روی qd’’جدید با فاکتور مقیاس بندی تولید می کند که به وسیله رابطه زیر محاسبه می شود:

۵٨

بلوک دیاگرام سیستم با حلقه کنترلی دوم در شکل ٣ نشان داده شده است. طرح، روبات اص لی و کنت رل کنن ده اولیه را بدون تغییر رها می کن د، و هم ان مس یر انته ای روب ات را حف ظ م ی کن د روش تنظ یم زم انی در تم ام حالات اشباع عملگر که ناشی از خطا باشند قابل استفاده است.

گیری:

وابستگی ساختاری به عنوان ی ک ف اکتور کلی دی در م دیریت سیس تم ه ای کنترل ی ب ا قابلی ت پیک ر بن دی مج دد مطرح است. استفاده از ساختار مناسب برای تحقق کنترل کننده، تضمین میکند هیچ گذرایی نداشته باشیم، اگ ر پیکر بندی مجدد در حالت مان دگار انج ام ش ود و گ ذراهای کوچ ک را ب رای اغتشاش ات کوچ ک در مقایس ه ب ا س یار س اختارهای تض مین کن د. ویژگ ی گ ذرای اتص ال پیک ر بن دی مج دد و کنت رل کنن ده هن وز ج ای بح ث دارد،ولی مقدار دهی اولیه مناسب متغییر های حالت کنترل کننده، می تواند گذراها را کاهش دهد.

۵٣

۴-۴ محدودیت ورودی و اشباع عملگر

مقدمه

طراحی سیستم های کنت رل ب ا مح دودیت ه ایی در ورودی ه ا و متغیره ای حال ت اخی راً ج زء عن اوین تحقیق ی فعال است ، خصوصاً در زمینه طراحی سیستم کنترل که با دامنه عملگر و اشباع سرعت آن س روکار دارن د

. تحقیقات گسترده ای اخیراً انجام شده است. عموماً ، دو نوع روش برای برخورد با چنین مسائل اشباع وج ود دارد :
١) یکی مربوط به بخش طراحی کنترل کننده است ؛ و ٢) دیگری استفاده از روش های مدیریت فرمان
ب ا اس امی مختل ف مانن د command ( reference) governor و ی ا Command shaping and .limiting
تحقی ق روی طراح ی ه ای کنت رل reconfigurable در حض ور اش باع س رعت و دام نه عملگ ر انج ام ش ده

اس ت . ب ه ه ر ح ال ، هن وز در م ورد موض وع ای ن اش باع ب رای سیس تمهای MIMO مس ائل رق ابتی در ی ک روش مؤثر هست که این استراتژی های به کار رفته برای کاربرده ای On- line و real –time مناس ب ت ر هستند .

معرفی روش

اشباع عملگر در سیستم های روباتیک مسئله ای است که نیازمند توجه است. این مس ئله بس یار رخ م ی ده د و در همان حال بررسی آن وقتی روبات تحت شرایط خطا کار می کند، س خت ت ر م ی ش ود. ای ن بح ث دو ن وع روش مختلف را بررسی می کن د. روش تنظ یم زم انی و روش توزی ع مج دد گش تاور، ت ا از اش باع در روب ات ه ای مق اوم در براب ر خط ا، جل وگیری ش ود. ای ن روب ات ه ا ش امل س اختار کل ی و روب ات ه ای قص ایی ب ا ساختارهای موازی و سری می باشند. الگوریتم کنترل تش کیل ش ده اس ت از ی ک الگ وریتم مرج ع م دل و ی ک روش گش تاور محاس به ش ده در پروس ه پ یش س وریک کنت رل کنن ده در پروس ه فیرب ک. در ش رایط خط ا، ای ن روش ها روبات را از شرایط خطا بهبود می دهند و فرآیند را با جلوگیری از اشباع عملگر، ادامه می دهد.

نتایج شبیه سازی اولیه نش ان م ی ده د ک ه روش تنظ یم زم انی ب رای روب ات ه ای س ری و روش توزی ع مج دد گشتاور برای روبات موازی مناسب تر است. این روش ه ا ن ه فق ط ب رای ح التی ک ه اتص ال کاملاً دچ ار خط ا شده بلکه برای حالت خطای جزئی نیز کاربرد ندارد.
چهار سطح از ساختار مکانیکی جهت مقاوم بودن در برابر خطا به صورت زیر معرفی می شود: ١. سطح عملگر : عملگر های دوگانه (Dual Actuators)
٢. سطح ماجول: ماجول های ساختار موازی (Parallel-Structure Modules) ٣. سطح (Redundant Manipulators) : Manipulator

۴. سطح سیستم : بازوهای فعالیت متقابل چندگانه (Multiple Cooperating arms)

در هر یک از این سطوح ، افرونگی هایی برای رسیدن به اهداف مقاوم بودن در برابر خطا، طراحی شده است. اگر چه هر افرونگی برای غلبه بر خطا طراحی شده است ولی طبیعت آن از طرح بهبود خطا اثر می پذیرد. روبات های شامل ساختارهایی سری و موازی، برتری عمده ای دارند. در حالت سریال، یک اتصال کاملاً خطا دار باید قفل شود تا یک پیکر بندی جدید در عملیات تخمین زده شود. به هر حال، چنین اتصالی آزاد تنظیم می شود و یک توزیع بار جدید به عملگر به کار رفته در حالت موازی، داده می شود.

در حضور اغتشاشات اجتناب ناپذیر تلفات ظرفیت عملگر به خاطر خطا، سیستم روبات ممکن است بتواند از اشباع دوری کند. به هر حال اگر گشتاور لازم بر ظرفیت خروجی عملگر قرار دارد. کنترل کننده ممکن است خطا را جمع کند و باعث نا پایداری یا حتی آسیب به عملگر ها شود.
در این تحقیق روش های تنظیم زمانی و توزیع مجدد گشتاور برای جلوگیری از اشباع عملگر در طول پروسه ترمیم (بهبود ) خطا به کار می رود.

۵۴

یک الگوریتم بر اساس مدل با استفاده از روش گشتاور محاسبه شده به عنوان کنترل کننده پیش سو، در نزدیک با یک کنترل کننده فیربک در هر دو حالت استفاده شده است. روش تنظیم زمانی بر اساس مسیر قصای جو بینی تعریف شده گسترش یافته است به وسیله جستجو برای یک فاکتور تنظیم زمانی مناسب،روبات سعی می کند حرکت آن آرام شود و وظیفه اصلی خودش را در ظول دوره ترمیم تکمیل کند. روش توزیع مجدد گشتاور، از طرف دیگر، اطلاعات مربوط به ظرفیت های مانده عملگر ها برای بارهای

****** توزیع مجدد شده را استفاده می کند که نیازهای سیستم را ارضاء می کند و از اشباع صرف نظر می کند.

یک افزوده و یک برای ارزیابی روش ها به کار می رود.
نتایج شبیه سازی برای بازوی سری از روش تنظیم زمانی و برای بازوی موازی ارزش توزیع مجدد گشتاور بدست آمده است.
در کل ، روش توزیع مجدد برای روبات های سری در صورتیکه افرونگی افزایش یابد، مناسب می شود. گفته شد این روش های برای خطای جزئی اتصال ها نیز استفاده می شود. خطای جزئی یعنی سیستم روباتیک هنوز می تواند عملیات خود را بدون قفل شدن جوینتهای خطا دار برای روبات سری یا بدون سوئیچ شدن به مجموعه مینیموم جوینتهای فعال در روبات موازی،ادامه دهد.

دینامیک های سیستم و روش کنترل:

مدل دینامیک هر دو نوع
manipulator سری و موازی به صورت زیر ارائه می شود:

که : تلاش ورودی مجموعه جوینتی :q بردار جابجایی مجموعه جوینتی : M(q ) ماتریس اینرسی تعمیم یافته
: C(q, q’ ) بردار بارهای کوریولیس وگریز از مرکز یا بارهای مربوط به سرعت :G(q) بردار بارهای شتاب مؤثر،

: F(q,q’ ) بردار بارهای اصکاک مِؤثر.

جه ت کنت رل موقعی ت و جه ت انته ای روب ات در ی ک روب ات س ری س طحی، ی ک س اختار ش امل ح داقل س ه جونیت فعال لازم است. در این مطالعه، یک روبات ۴ لینکی که شامل یک درجه افرونگی اس ت، اس تفاده م ی شود. استراتژی استفاده شده برای روبات های سریال، جوین ت خط ا دار را قف ل م ی کن د، بن ابراین پیک ر بن دی جدیدی با دو لینک مجاور که به س ختی از طری ق جونی ت خط ا دار متص ل ش ده ان د، ب ه دس ت م ی آی د. بع د از خطا، روبات با مجموعه مستقل ورودی سامل به جای پیکر بندی مجدد می ش ود. (ش کل١).س اختار مع ادلات دینامیک قبل و بعد از خطا یکسان می ماند اگر چه درجه آزادی فضای جونیتی روبات کاهش یافته است.

در شکل ٢، یک روبات موازی دو درجه آزادی نشان داده شده است.برای تعیین موقعیت انتهای روبات،تع داد مینیموم لازم جونیت های فعال ٢ تا است. روش مقاوم بودن در مقابل خطا برای روب ات ه ای م وازی جونی ت خطا دار را رها می کند. پس عملگرهای اضافی باید در جونیت های اتصال اضافه شوند. تمام عملگرها تح ت عملگر نرمال فعال باشند یا نه؟ جونیت خطا دار بعد از خطا آزاد (رها) می ش ود و بقی ه عملگره ای باقیمان ده قابلیت از دست رفته را جبران می کنند. در مثال ما، سیستم بر حسب دو زنجیره دو لینک ی تحلی ل م ی ش ود. و هر جونیت از دو پا یا یک عملگر نصب شده است، از این رو سیستم دارای دو افرونگ ی نی رو اس ت و ب رای مقاوم بودن در مقابل خطا در سطح ماجول ساختار موازی و س طح سیس تم ب ازوی چن د گان ه از س اختار مق اوم خطا استفاده می شود.

۵۵

شکل ۴-٨ ساختار روبوت

مقاوم بودن خطا در سطح عملگر در این کار دقیقاً بیان نش ده اس ت و ف رض ش ده اس ت ک ه خطاه ای جزئ ی از یکی از دو جفت عملگر دوگانه، در این سطح اصلاح می شود. اگ ر خط ا از قابلی ت ه ای ت رمیم در ای ن س طح تجاوز کند، ممکن است در سطوح بالاتر )سطوح ماجول یا بازو و به عنوان خطاه ای جزئ ی ی ا کل ی بس ته ب ه دامنه خطا، با آن برخورد شود.

ساختارهای کنترل کننده پیش سو و فیربک برای روبات موازی شبیه روبات س ری اس ت. فق ط در ای ن حال ت، عملگر های لازم بیشتر است و مجموعه های مس تقل (مینیم وم) و وابس ته (اف روده) ورودی م ی توانن د ب ار را تقسیم کنند. بارهای ورودی مؤثر که در مجموعه جونیتی مستقل آم ده اس ت، از فعالی ت ه ر دو ورودی و غی ر مستقل بدست می آید. به صورت زیر داده می شود:

و : گشتاور های ورودی از مجموعه های مستقل و وابسته [G] ژاکوبین بار ورودی
معادله زیر می تواند برای تلاش های عملگر به صورت زیر حل شود:

۵۶

که برای مثال، برای مینیموم کردن
با [W] که ماتریس وزن دهی اضافه شده برای وزن کردن قابلیت های هر عملگر است.
در کل، می توان برای تنظیم با بر اساس معیار دوم انتخاب شود.

بدون بررسی دینامیک های عملگر، سیستم روب ات ب ه وس یله ی ک م دل دینامی ک مرتب ه دوم غی ر خط ی ارائ ه شده است. از آنجایی که وظیفه مطلوب انتهای روب ات م ی توان د ب ر حس ب موقعی ت جونی ت، س رعت و ش تاب تعریف شود، هر روش کنترل ردی ابی مانن د روش گش تاور محاس به ش ده م ی توان د اس تفاده ش ود. کنت رل کنن ده

پیش س وی ب ر اس اس م دل، ی ک س یگنال on-line کنت رل تش کیل ش ده از حال ت مطل وب در ه ر نمونه برداری تولید می کند.

کنترل کننده فیربک از سیستم مرتبه دوم، یک سیگنال کنترل برای تکمیل سیگنال کنترل پ یش س و، ب ا انتخ اب

بهره های مناسب تولید می کند.

عبارت گشتاور محاسبه شده دارای صورت زیر است:

که اندازه گیری های را نشان می دهد. Eبرداری از عناصر خطای موقعیت، E’برداری از عناصر خطای سرعت است.
با ترکیب معادله(١) و(۵) سیستم حلقه بسته به وسیله معادله خطا به صورت زیر ارائه می شود:

اگر هیچ خطای مدلی وجود نداشته باشد(٠( Em=، عملکرد خطای سیس تم ب ه ط ور نم ایی ک اهش م ی یاب د. ب ه ه ر ح ال، م دل دینامی ک ممک ن اس ت دقی ق نباش د، ی ا برخ ی از پارامتره ای ب ه دق ت ش ناخته ش ده نباش د. ع دم تطابق بین پارامترهای واقعی و مدل شده ، منجر به خطاهای servo می شود.

مسئله اشباع عملگر

اگر خطای ناشی از اشتباه در تحریک جوین ت ب ه وس یله کنت رل کنن ده فیرب ک جب ران ش ود، باع ث درخواس ت گشتاور بزرگ در جوینتهای باقیمانده می شود.
ساختارهای سری از گشتاورهای ورویدی افزاینده رنج می برند. همچنین لازم به ذکر است که روب ات برخ ی از ظرفیت حمل بارش را با خطا از دست می دهد. بن ابراین لازم اس ت ب ا اش باع عملگ ر برخ ورد ک رد. ب رای جلوگیری از اشباع عملگر، دو روش ارائه می شود.

• روش تنظیم زمانی
انتخ اب دقی ق ی ک ف اکتور مقی اس بن دی زم انی م ی توان د گش تاور را ب ه ص ورت ب دون تغیی ر مس یر هندس ی ، کاهش دهد و یک روش عملی برای حل مسئله اشباع است. این ام ر م ی توان د رد ی ک حلق ه فیرب ک دوم ی ب ه کار گرفته شود، که ایده اش این است که یک فیربک که فقط خصوصیات مقیاس بندی زم انی مس یرهای
ن امی را اصلاح می کند. داشته باشیم. مسیر حاصل، مس یر هندس ی را ب ا م دت زم انی ط ولانی ت ر از اص لی ذخی ره

۵٧

می کند. در حالیکه برنامه ریزی دقیق مسیر می تواند به طور عمده اجتناب از اشباع را در ی ک سیس تم کام ل عملکردی تضمین کند، رخ دادن خطا ها به طور کامل ب ه ط ور اولی ه قاب ل پیش بینی نیس ت و برخ ی اطلاع ات باید به صورت بدست آید.
از این رو، مسیر نامی فرض می شود که از مسیر های قصای جونیت تشکیل شده است. در واقع، ه ر مس یر قصای جوینت که ممکن است نرم نباشد، می تواند ب ه وس یله ی ک ت ابع چن د جمل ه ای از لح اظ ریاض ی تقری ب زده شود. اگر چه ممکن است برخی عدم دقت ه ا در ی ک تقری ب از مس یر قص ای جوین ت وج ود داش ته باش د. یک فاکتور تنظیم زمانی هنوز می تواند به عنوان یک مقیاس زمانی برای اصلاح مسیر مطلوب استفاده ش ود. بنابراین،موقعیت جوینت مرجع، س رعت و مس یر ه ای ش تاب ب ه وس یله تواب ع زم انی چن د جمل ه

j به صورت زیر داده می شود :

برای اضافه کردن فیدبک به طراحی ، تعریف می کنیم :

سپس ، داریم :

۴٢

قانون کنترل فیدبک برای (١۶) و (١٧) به وسیلآ رابطه زیر داده می شود :
با تعریف ~ در (١۵) ۶ و ترکیب با (١٨) ، داریم :
uk

با جاگذاری (١٢۶) و (١٢٧) در (١٩) آنگاه داریم :

ق انون کنت رل در (٢٠) از قس متهای زی ر تش کیل ش ده اس ت : ی ک بخ ش فی دبک ، kn ، ب رای پای دار س ازی

سیس تم و رس یدن ب
ه پاس خ گ ذرای مطل وب ، ی
ک بخ ش فی دبک وابس ته ب ه حال ت م دل مرج ع
،SR1 K X S11 K xm
، و یک کنترل کننده پیش س و
براس اس ورودی مرج ع ، Ku m S22 K x S12 ، ب رای
ردیابی پاسخ مدل مرجع با ورودی مرج ع . u km م اتریس ه ای به ره کنترل ی K x m و Ku m ت وابعی از به ره
کنت رل فی دبک kn هس تند و براس اس ماتریس های Sij در (١٣١) – (١٢٨) محاس به م ی ش وند . لازم ب ه ذک ر

است که طراحی چنین بهره های کنترلی بس تگی ب ه م دل ه ای plant و مرج ع دارد . در حض ور ی ک خط ای عملگر ، ماترس ورودی G به Gkf تغییر می کند . بنابراین ، Sij و سه ماتریس بهره کنت رل بای د ب ه ص ورت

on-line دوباره طراحی شود . چگونگی طراحی بهره کنترل فیدبک kx برای پایداری و دینامیک حلقه بس ته مهم است . روش طراحی بهره های کنترلی در بخش بعد آمده است .

طراحی بهره کنترلی فیدبک با قابلیت پیکربندی مجدد

در FTCS موجود به روش تعقیب مدل ، واضح نیست که چه نوع روش طراحی برای طراح ی به ره کنت رل فیدبک استفاده شده است . این بهره کنترل می تواند با استفاده از روش جایابی ساختار ویژه طراح ی ش ود . از آنجایی که پایداری و رفتار دینامیک سیستم حلقه بسته بوسیله ساختار ویژه آن تأمین می ش ود ، ب رای تض مین

پایداری و عملکرد دینامیک سیستم ، جایابی ساختار ویژه در طراحی سیس تم ه ای کنترل ی ب ا پیکربن دی مج دد استفاده شده است . هدف طراحی این اس ت ک ه س اختار وی ژه سیس تم پیکربن دی مج دد یافت ه در نزدیک ی سیس تم نامی (تاحد امکان ) قرار گیرد . هدف طراح ی در اینج ا ، س اخت ی ک کنت رل کنن ده فی دبک بطوریک ه ن ه فق ط ساختار ویژه یکسانی ب ا م دل مرج ع مطل وب ب رای عملک رد نرم ال داش ته باش د ، بلک ه همچن ین س اختار وی ژه یکسانی با مدل مرجع مطلوب همراه تنزل عملکرد برای شرایط تحت خطا ، داشته باشد .

مسائل طراحی در ترکیب غیب یابی و کنترل با پیکر بندی مجدد

همانطور که قبلاً گفته شد ، واضح است که یکی از بزرگت رین مش کلات مرب وط ب ه FTCS ه ای موج ود ای ن است که دارای ف رض وج ود ی ک FDD کام ل م ی باش ند و در نتیج ه ی ک م دل post – fault کام ل از سیس تم شناخته شده است . این حالت در عمل به ندرت وجود دارد . همچنین فرض اینکه یک مدل کامل post- fault از سیستم شناخته شده است ، غیرواقعی است . مگر اینکه م دل سیس تم post- fault بوس یله روش های تخم ین

حالت سیس تم ی ا شناس ایی پ ارامتر در ط رح FDD (روش طراح ی مج دد اتوماتی ک ( on-line مش خص ش ده باشد ، یا اینکه طرح FDD و کنترل کننده پیکربندی مجدد فقط برای مجم وعه مح دودی از م دلهای خط ای از

۴٣

قبل فرض شده ، طراح ی ش ده ب ادش (ق انون کنت رل از قب ل محاس به ش ده ) . بن ابراین ، نیازه ای خاص ی روی طرح FDD برای کنترل پیکربندی مجدد وجود دارد . در کل ، طرح FDD باید :

 تولید اطلاعات از تشخیص خط ا ، جداس ازی و شناس ایی آن ت ا ح د امک ان ، ک ه ش امل زم ان تش خیص خطا ، نوع ، موقعیت و سایز باشد ؛

 تولید حالات و یا پارامترهای مدل سیستم post- failure تا حد امکان دقیق .
ﺑ رای ت أمین نیازه ای ف وق و رس یدن ب ه کنت رل پیکربن دی مج دد ب ا تعقی ب م دل ، مس ائل طراح ی مختلف ی در ارتباط با طراحی ترکیبی با کنترل تعقیب مدل نیاز به بررسی دارد :
(١) تخمین حالت plant و فاکتورهای تأثیر کنترلی ، (٢) طرح FDD ؛ و (٣) مکانیسم پیکربندی مجدد .

مثال شبیه سازی و ارزیابی عملکرد

تأثیر طرح پیشنهادی از طریق یک مثال ، با دینامیکه ای ص فحه pitch مرتب ه دوم خط ی (دوره تن اوب کوت اه

)از یک پرواز ١۶F- در ft ١٠٠٠٠ و ٧.٠ Mach استفاده شده است .
۵.١ . مثال شبیه سازی :
مدل هواپیمای خطی شده می تواند به صورت زیر باشد :

ک ه ZZ ، Zq و ZZ و MM و Mq و MM مش تقهای جزئ ی نی روی نرم ال Z و هم ان pitching ) M moment )نس بت ب ه زاویه حمل ه ،س رعت q pitch و stabilator deflection م ی باش ند .
متغیره ای حال ت و ورودی را ب ه ص ورت u [[], x [[q]T تعری ف م ی کن یم ، ب ه خ اطر اینک ه فق ط ی ک

ورودی کنترل داریم ، پس فقط یک خروجی که بتواند آن را دنبال کند نیز داریم . سرعت q,pitch ، خروجی است و بنابراین ماتریس خروجی H r [01] است .
در ادامه بررسی طراحی ، پارامترهای مدل برای دو م دل مرج ع ، یک ی ب رای توض یح رفت ار مطل وب سیس تم

در ط ول عملک رد نرم ال و دیگ ری ب رای توض یح رفت ار مطل وب سیس تم در حض ور خط ا ب ا بررس ی تن زل عملکرد ، با همدیگر با پارامترهای plant ، در جدول (١) داده شده است .

جدول ۴-١ پارامترهای مدل

مقادیر ( ( ، نسبت میرایی و فرکانس طبیعی ( wn ) از سیستم ، مدل مرج ع مطل وب و م دل مرج ع ب ا تن زل عملکرد در جدول (٢) داده شده است . واضح است که plant نامی حلق ه ب از ناپای دار اس ت . (یک ی از مق ادیر در سمت راست محور موهومی قرار دارد ) . مدل مرجع مطلوب در طول عملکرد نرم ال انتخ اب ش ده ت ا ب ه مقادیر ویژه مطلوب در {{۳٫۵ j2} برسد که مربوط به عملکرد دینامیک با ٨.٠ و ٠٣.۴ Wn= اس ت

. در مقایسه با تنزل عملکرد ، نسبت
میرایی در حضور خطا بزرگتر از حالت مدل مرجع مطل وب و فرک انس طبیعی کوچکتر از حالت مدل مرجع انتخاب شده است .

۴۴

جدول ۴-٢ پارامترهای عملکرد مدل های مرجع

ارزیابی عملکرد

خروجی سیستم از سیستم پیکربندی مجدد یافت ه تح ت ش رایط ورودی مرج ع ثاب ت u m 5 ، در ش کل a) )٣ نشان داده شده است در این حال ت ، ی ک خط ای جزئ ی در تلف ات %٧۵ از ت أثیر کنترل ی در stabilator در tF 5sel شبیه سازی شده است . برای اهداف مقایسه ، پاسخ تحت شرایط بدون پیکربندی مج دد کنت رل کنن ده نیز نشان داده شده است . برای ارزیابی عملکرد سیستم کنترل پیکربندی مجدد یافتت ه طراح ی ش ده تح ت م رز

اشباع عملگر ، پاسخ با مرز u max 5 برای سیگنال های کنترل حلقه بسته در شکل ۴ نشان داده شده اس ت (برای حالات با و بدون مرز حدودی کنترل ) .

شکل ۴-٣ خروجی ها با ورودی مرجع ثابت و سیگنالهای کنترلی مربوطه

همانطور که دیده می شود . روش ارائه شده به طور موفقیت آمیزی پاسخ های خروجی هر دو مدل مطلوب و تنزل یافته را دنبال کرده است که ای ن ردی ابی در ط ول دو دوره در حض ور و ع دم حض ور خط ای عملگ ر ب ا یک گذرای کوتاه انجام شده است حتی اگر اشباع عملگر تحت مرز سیگنال کنترل داده شده ، اتفاق افتاده باش د

۴۵

، طرح هنوز می تواند منجر به عملکرد کلی مطل وب ب ا ک اهش در س رعت پاس خ ش ود . ب ه ه ر ح ال ، سیس تم نمی تواند پاسخ خروجی مدل مرجع مطلوب یا تنزل یافته را بدون پیکربندی مجدد ، ردیابی کن د . چال ب اس ت بدانید که قبل از فعالسازی پیکربندی مجدد در tR 5.7S ، پاسخ خروجی سیستم حلق ه بس ته واگ را م ی ش ود .
بع د از فعالس ازی ق انون کنت رل پیکربن دی مج دد ، پاس خ خروج ی plant پیکربن دی مج دد یافت ه ، پاس خ م دل مرجع تنزل یافته را به طور کام ل ردی ابی م ی کن د . ب ه ع لاوه ب ا بررس ی تن زل عملک رد در طراح ی م دلهای مرجع و تح ت ورودی مرج ع داده ش ده ، س رعت حال ت مان دگار ن امی از مق دار ١٠٣.٧ ب ه مق دار ۶۵۴.١ در ش رایط خط ادار ک اهش یافت ه اس ت . ب رای ارزی ابی عملک رد ط رح پیش نهادی در حض ور خط ای ناش ناخته و اغتشاشات ، اغتشاشات ثابت با دامنه ١.٠ (حدود ١٠% در مقایس ه ب ا دامن ه خط ای م اکزیموم ) بوس یل ه ی ک

اغتشاش متغیر ب ا زم ان ( تُل رانس ) ب ه ان دازه گی ری اض افه ش ده اس ت . خروج ی plant از سیس تم پیکربن دی مجدد یافته در حضور و عدم حضور چنین اغتشاشاتی در شکل ۵ نشان داده شده است . دیده می شود که حت ی در حضور اغتشاشات ثابت و متغیر با زم ان ، ط رح پیش نهادی هن وز ی ک عملک رد ع الی را نش ان م ی ده د . حتی اگ ر چ ه ی ک م دل س اده هواپیم ای مرتب ه دوم ب ا ورودی واح د ب رای ارزی ابی اس تفاده ش ده اس ت ، ط رح پیشنهادی با بررسی ، تنزل عملکر در واقع برای سیستم ه ای چن د ورودی و چن د خروج ی مناس ب اس ت . در ش بیه س ازی ، س ایر ان واع ورودی ه ای تک ه ای ثاب ت و ورودی متغی ر ب ا زم ان ، و ان واع مختل ف خطاه ا از حمله خطاهای ناگهانی و inciepient ، بررسی شده است . نتایج رضایت بخشی بدست آمده است .

نتیجه گیری

اهداف طراحی برای سیستم های کنت رل مق اوم خط ا ( FTCS ) ب ا بررس ی تن زل عملک رد در ای ن فص ل ارائ ه ش ده اس ت . ی ک طراح ی مجتم ع ب رای FTCS ، بررس ی تن زل عملک رد ارائ ه ش ده اس ت سیس تم کنت رل ب ا پیکربندی مج دد ب ه ص ورت on -line و اتوماتی ک ، براس اس روش جای ابی س اختار وی ژه ب رای کنت رل کنن ده فیدبک با پیکربندی مجدد و یک روش تعقیب مدل برای کنترل کنن ده ه ای پ یش س وی پیکربن دی مج دد یافت ه ، طراحی شده است . کنترل کننده های پیکربندی مجدد به طور متص ل ب ا ی ک ط رح FDD طراح ی ش ده اس ت ک ه براس اس فیلت ر ک المن تطبیق ی دو مرحل های ب رای ش بیه س ازی تخم ین پ ارامتر خط ا و حال ت ، تص میمات آماری برای تشخیص خطا ، عیب یابی و فعال سازی پیکربندی مجدد کنترل کننده می باشد .

۴۶

۴-٣ مدیریت دوره گذرا (Transition Management)

مقدمه

سیستم های کنترل برای کنترل مؤثر سیستم های غیر خطی متغیربا زمان پیچیده مانند اتومبیل ها، توربین های گازی و … طراحی شده اند، که ممکن است نیازمند سطح خاصی از رفتار عملکردی خطا می باشند. بین سیستم های کنترل طوری طراحی شده اند که می توانند کنترل کننده را در زمان اجرا برای واکنش به خطاها، تغییر دهند و طبیعت متغییر با زمان و یا غیر خطی را جبران کنند. ولی این تغییرات درplant یا کنترل کننده ممکن است باعث ایجاد گزار های غیر قابل تحمل شوند. فاکتورهای اصلی تعیین گذرا های پیکر بندی مجدد، وابسته به ساختار و کنترل کننده است. در این بخش، برخی روش های ممکن جهت کاهش این گذار ها ارائه می شود. نتایج روی یک با دو حالت کاری که توسط یک کنترل کننده مناسب کنترل می شود، نشان داده خواهد شد.

معرفی موضوع

تغییر شرایط عملکردی دنبال تطبی ق در زم ان اج را ی ا پیک ر بن دی مج دد کنت رل کنن ده جه ت حف ظ رفت ار کل ی سیستم در مرزهای مشخص قابل قبول است. به هر حال پیکر بن دی مج دد کنت رل کنن ده باع ث گ ذار ه ای غی ر قابل قبول در حلقه های کنترلی م ی ش ود. روش ه ای ارائ ه ش ده در اینج ا ب ر اس اس » م دیریت« متغیی ر ه ای حالت کنترل کننده توسط (١) انتخاب ساختارهای تحقق مناس ب از کنت رل کنن ده و ی ا (٢) اص لاح مت
غیی ر ه ای حالت کنترل کننده میباشد.

یک مفهوم و تصور از سیستم کنترل با قابلیت پیکر بندی مجدد، ترکیبی از یک زمان پیوسته یک کنترل کننده زمان گسسته یک تنظیم کننده پیکر بندی مج دد و ی ک زی ر سیس تم سرپرس ت اس ت(ش کل ١ را ببینی د). سیس تم سرپرس ت تغیی رات و خطاه ای ، عملگ ر ه ا، سنس ورها ، کنت رل کنن ده ه ا را ش امل زی ر بن ای محاس باتی را تشخیص می دهد و یک ساختار جدید کنترل کننده که عملکرد مناس ب را تح ت ش رایط داده ش ده خواه د داش ت را استخراج می کند. به طور عمده سیستم سرپرست به عنوان سیستم اتفاق- گش ته ک ه فرم ان ه ای پیک ر بن دی مجدد را به کنترل کننده از طری ق تنظ یم کنن ده پیک ر بن دی مج دد م ی ده د، ش ناخته ش ده اس ت. یک ی از اعم ال اولیه

روی روشهای تشخیص و جداسازی خطاها به طور سریع و درست است. یک فرآیند FDI خوب باید درجه خاصی از مقاوم بودن در تصمیمهایش را داشته باشد. مقاوم بودن در تصمیم به معنی CFبالا، DD,IF,MF,FA پایین است.

شکل ٢-۵ تفسیر اندیسهای عملکرد را برای یک سیستم در حالت عملکرد زمان و سه خطای احتمالی نشان میدهد.

٢١

شکل ٢-۵ اندیس های عملکرد برای ۴ حالت مختلف سیستم

٢٢

فصل سوم

مدلسازی FTCS با

پارامترهای مارکوف (FTCSMP)

٢٣

٣-١ مقدمه

قبلا گفته شده آه خطاها ممکن است به صورت تصادفی در هر زمانی به هر صورت و با درجات مختلف شدت و در هر اجزای سیتم رخ می دهد . برای نمایش رفتار تصادفی خطاها و تغییرات ناشی از خطا یک

پروسه تصادفی تعریف می شود . از انجایی آه تصمیمات FDI بر اساس تستهای اماده می باشد و به صورت غیر قطبی هستند یک پروسه تصادفی برای نمایش این تصمیمات تعریف می شود . هر دو این پروسه ها فرض می شود دارای خصوصیات مارآوف فضاهای حالت محدود

به ترتیب می باشند .

فرض رفتار مارآوفی برای پروسه دارای خطا برای سیستم های فیزیکی عملی است . معمولا سیستم آنترل با فرض اجزای بدون خطا طراحی می شود . به هر حال اجزای سیستم ممکن است از خطاهای خاطی رنج ببرند . خوشبختانه به ندرت اتفاق می افتد (تکراری نیست ) برای وقایع به ندرتیک فاصله زمانی آوچکh تعریف می شود . پس یک احتمال معین برای رخ د ادن خطا خواهیم داشت و احتمال صفر برای رخداد دو واقعه یا بیشتر در این فاصله زمانی است . رفتار وقایع به ندرت به وسیله فرایند Poisson تعریف می شود آه ان هم باز پروسه مارآوف است .
فرایندFDI نیز می تواند به صورت یک تست فرضیه تصادفی تفسیر شود این تست می تواند بااستفاده تستsingle samlpe ، moving window یا تست ترتیبی تحقق یابد . برای تستهای
single samlpe، اطلاعات حمع اوری شده ، پردازش شده، و دور انداخته می شود . اگر اطلاعات با نویز سفید اضافی خراب شود . پروسهFDI بدون حافظه خواهد بود . به همین دلیل تصمیم اینده پروسهFDI از

تصمیم گذشته برای حالت ثابت مستقل است . تحت این شرایط یک فرایند مارآوف برای تشریح رفتار گذاری فرایندFDI استفاده می شود . همچنین ، یک پروسهFDI می تواند به وسیله پروسه مارآوف به طور منطقی نمایش داده شود در صورتیکه زمان مورد نیاز پروسهFDI برای تصمیم گیری به اندازه آافی از فاصله زمانی بین خطاهای متوالی آوچکتر باشد . در بسیاری از سیستم های فیزیکی فرضیات مارآوف قوی است . با تغیر ساختار حالت می توان ان را بهتر آرد . از این رو هیچ سیستم فیزیکی به طور مطلق به مارآوفی یا غیر مارآوفی تقسیم نمی شود .

٢۴

٣-٢ مدل های ریاضی

مدل های دینامیک سیستم

سیستم بدون خطای آنترل شونده به صورت زیر مدل می شود :

اگر سیستم با خطاهای تصادفی در عملگرها مواجه است و یک الگوریتم FDI برای مانیتور آردن عملکرد به آار می رود یکFTCSMP به صورت زیر تعریف می شود :

آه(x(t حالت سیستم، ورودی و فرایندهای عملگر و FDI

می باشند . فرایندهای همگن مارآوف با فضاهای حالت محدود و می باشند .
برای اینکه سیستم (٢ . ۴ ) جوابی در٠x(t)= داشته باشد باید :

همچنین فرض می شود روابط زیر برای هر ثابت بر قرار است : شرایط رشد:

شرایط لیپشیتز

تحت شرایط فوق حل سیستم (۴ . ٢) به صورت تقریبا قطعی یک خانواده از پروسه های تصادفی پیوسته را برای(x(t تعیین می آند آه هر انتخاب به ازای یک متغیر تصادفی (٠x(t صورت می گیرد. به علاوه پروسه

های اتصال یک پروسه مارآوف در فاصله زمانی

است . برای نشان دادن ویژگی مارآوف در نظر بگیرید،آنگاه(x(t به طور یکتا توسط تعیین می شود . از انجایی آه پروسه های

٢۵

مارآوف
هستند
،
برای
wمستقل
از
برای

می باشند .( البته وقتی آه روی
شرط گذاری شده باشد )

پس

از متغیرهای تصادفی

مستقل هستند (البته باز وقتی آه روی

شرط گذاری شده باشد )

سیستم های دینامیکی خطی را در نظر بگیرید آه نمای تصایی حالت زیر را دارند :

ماتریسهایی می باشند آه دینامسیون مناسب را دارند . سیستم (۶ . ۴) به گونه ای مدل
شده است
آه ماتریس ورودی B بستگی به پروسه
خطای عملگر
دارد
. سیگنال
آنترل
بستگی به تصمیم پروسهFDIیعنی
دارد . این مدل نمونه
عملی

است .

شکل ٣-١ FTCSMP

در شکل ۴-١، یک قانون کنترل فیدبک حالت برای FTCSMP ساخته شده تا سیستم حلقه بسته را پایدار کند. با فرض اینکه حالات کامل در دسترس است، FTCSMP خطی حلقه بسته خواهد شد :

آه ماتریس بهره آنترل است آه به پروسه FDI بستگی دارد فرض می شود آه (٧ . ۴ ) تمام شرایط (٣ .
۴ ) را برآورده می آند .

٢۶

٣-٣ پروسه های خطا و FDI

را یک پروسه همگن مارآوف با تصادف حالت محدود و نیز یک ماتریس انتقال :

را درنظر بگیرید آه

احتمال گذاری پروسه خطای عملگر ، به صورت زیر تعریف می شود:

سرعت خطای عملگر است . فاصله زمانی گذاری بسیار آوچک و ترآیبی از بخشهای بسیار آوچک از مرتبه بالا تر از مرتبه است .

با داشتن احتمال گذاری شرطی پروسه FDI ، خواهد بود :

آه سرعت گذاری معمولی سرعتی است آه در آن پروسهFDI تصمیم می گیرد آه حالت بعدیj فرضی است آه i را ترک می آند . حالت فعلی پروسه خطای عملگر k می باشد .

٢٧

جدول ٣-١ سرعتهای گذرا برای پروسه های FDI

بسته به مقادیر اندیسهای تعبیرهای مختلف از می شود . مانند : تاخیرهای تشخیص ، سرعت الارم خطا ، سرعت خطاها در تشخیص و شناسایی و ….. سرعتها بسیار مشکل است . شبیه سازی ها ، اطلاعات

اولیه
می تواند جهت تقریب این سرعتها برای پایداری تصادفی سیستم حلقه بسته حیاتی می
باشد . به
عبارت دیگر پایداری تصادفی بستگی به عملکرد پروسه از طریق دارد .

از لحاظ عملی تعیین مقدار دقیق این سرعتها بسیار مشکل است . شبیه سازی ها اطلاعات اولیه
می تواند

حرآت تقریب این سرعتها استفاده شود . از لحاظ تحلیلی تعیین این سرعت ها بر اساس شناخت از توابع توزیع انجام می شود . در این حالت سرعت گذاری معمولی به صورت زیر محاسبه می شود .

آه توزیع زمانی و تابع چگاللی می باشد .

٣-٣-١ یکتایی مدل FTCSMP

مدل FTCSMP شبیه FTCS عملی است . با این تعریف یک پروسه مارآوف پروسه خطای تصادفی را نشان می دهد و بقیه پروسه مارآوف پروسهFDI را نشان می دهد . به طور ایده ال FDI باید خوب و درست آار آند . از این رو در هر زمان حالت پروسهFDI همان حالت پروسه خطا دار است . بنابراین هر دو پروسه می تاند با یک پروسه مارآوف واحد بیان شوند . به هر حال پروسه هایFDI عملی اطلاعات آامل را از پروسه خطا تولید نمی آنند . تاخیرهای شناسایی الارم اشتباه تشخیص گم شده یا خطاهایی در شناسایی

٢٨

اغلب در تمام پروسه ها وجود دارد . بنابراین نتایج سیستم های هایبرید وJLS را نمی توان مستقیما برای FTCS به آار برد .

٣-٣-٢ خطاها در تشخیص و شناسایی

در واقعیت پروسه FDI ممکن است تصمیم اشتباه تولید آند . به این معنی آه حالت پروسه خطا k باشد .

و حالت پروسهI ,FDI باشدو .i<>k اگر بخواهیم با این موقعیت برخورد آنیم با استفاده از نتایج موجود با فرض اطلاعات اولیه تمام ترآیبهای خطا برای پروسه FDI و پروسه خزطا انگاه حالت پروسه خطا به طور غیر واضحی فرض می شود آه قابل اندازه گیری است . این مسئله در سیستم های عملی غیر واقعی است . تحت این فرض قوی یک آنترل آننده برای پایدارسازی سیستم مستقل از خطاهای تشخیص و شناسایی می تواند طراحی شوند آه عموما درست نیست !

٣-٣-٣ تاخیرهای تشخیص وآلارم های اشتباه

نمایش تاخیرهای شناسایی و الارم های اشتباه در به وسیله نتایج موجود بسیار مشکل است . چون این دو ویژگی شدیدا خصوصیات تولید مانده، روش مورد استفاده در ارزیابی مانده، انتخاب آستانه تصمیم گیری و نویزهای محیطی و اغتشاشات بستگی دارد . این فاآتورها باعث تاخیرهای تشخیص تصادفی و سرعت های آلارم اشتباه با اندازه های ممکن می شوند . به همین دلیل فضای حالتی آه اینها را نشان می دهد بسیار بزرگ
خواهد بود به طوریکه نمی توان تمام ترآیبهای ممکن را از قبل تعریف آرد آه نتایج موجود برای

عملی
به آار برد . فاآتور دیگری آه استفاده از این نتایج را محدود می آند تعارض بین حساسیت پروسه
به
نویز هوشیاری آن به خطا است آه ویژگیهای متناقضی را تولید آرده و نمی توان به این نتایج رسید .

به طور خلاصه نتایج موجود از سیستمهای هایبرید معمولی را فرض می آنند آه دورهplant
مشخص

است .(plant regime) اگر این سیستم ها به عنوان نوعی ازFTCS بررسی می شود از تشخیص خطا و شناسایی همزمان استفاده میکند آه البته برایFTCS خیلی عملی نیست .
در واقع باید تاخیرهای شناسایی و خطاهای شناسایی و عیب یابی درFTCS بررسی شوند .

٢٩

فصل چهارم

جنبه های مهم قابل بررسی در

FTCS

٣٠

۴-١ پایداری تصادفی (Stochastic Stability)

مقدمه

پایداری یک ویژگی آیفی سیستم است آه بدون نیاز به حل معادلات دیفرانسیل سیستم، میتواند مورد مطالعه قرار گیرد. پایداری اغلب ویژگی خیلی مهم سیستم دینامیک است. در مهندس آنترل، طراح باید ابتدا از پایداری سیستم حلقه بسته مطمئن شود قبل از اینکه به طراحی قسمتهای ردیابی یا تنظیمآننده بپردازند.

همانطور آه گفته شد توسط معادلات دیفرانسل تصادفی توضیح داده میشود. مدلسازی تصادفی برای گرفتن (تصرف آردن) عدم قطعیت محیطی آه آار میآند (نویز اندازهگیری، اغتشا
شات)، ساختار متغیر و اتفاقی به دلیل خطاها و تصمیمات و عدم قطعیتهای مدلسازی به دلیل پارامترهای غیردقیق تخمین زده شده پروسه فیزیکی آنترل شونده ، لازم است.

بنابراین، مطالعه خصوصیات پایداری منجر به مطالعه پایداری جواب معادلات دیفرانسیل تصادفی می شود. مفاهیم پایداری تصادفی گسترش به بخشهای همتای قطعی در هر حالت مشترک همگرایی تئوری احتمال است. سه حالت همگرایی وجود دارد: همگرایی در احتمال، همگرایی در میانگین، همگرایی تقریبا قطعی. سه تعریف (به تعداد تعریفهای پایداری قطعی) برای پایداری تصادفی وجود دارد.

تعریف پایداری تصادفی

در این بحث، از پایداری لیاپانوف استفاده میآنیم. به زبان ساده، معیار پایداری لیاپانوف مربوط می شود آه انحراف در حالت سیستم از یک جواب داده شده برای سیستم وقتی آه شرایط اولیه نزدیک شرایط اولیه جواب حل داده شده باشد. برای تعریف پایداری تصادفی نیازمند بیانف مفهوم پاپداری لیاپانوف برای سیستمهای قطی هستیم. جواب تعادل مربوط به حلی است پایداری آن ازمایش شده است. اگر حالت اولیه در زمان اولیه باشد، حل با حالت اول در زمان به صورت نشان داده می شود و نرم نیز به صورت زیر تعریف می شود:

تعریف ۴. ١ (پایداری لیاپانوف) جواب تعادل گفته میشود آه پایدار است اگر برای هر داده شده، وجود داشته باشد به طوری

آه برای نتیجه بدهد:

تعریف ۴. ٢ (پایداری مجانبی لیاپانوف):

٣١

جواب تعادل گفته میشود پایدار مجانبی است اگر پایدار باشد،و وجود داشته باشد به طوری آه برای بدهد:

شکل ۴-١ تعریف فوق را به صورت گرافیکی نشان می دهد.

شکل ۴-١ نمایش پایداری لیاپانوف

در شکل نشان داده شده است آه با دایره با شعاع داده شده، نقطه تعادل پایدار است اگر بتوان یک دایره پیدا آرد به طوری آه مسیری آه از شروع می شود، هرگز با بزرگ شدن از خارج نشود. نقطه تعادل پایدار مجانبی است اگر پایدار باشد و به علاوه یک دایره پیدا شود به طوری آه تمام مسیرهای شروع شده از به مرآز ختم شوند.
برای گسترش مفاهیم فوق به حوزه تصادفی، تعریفهای فوق سه نوع همگرایی بیان میشوند. به علاوه حل به صورت بیان میشود. تا تصادفی فرآیند را با یک متغیر تصادفی نشان دهد. براین اساس، تعریفهای پایداری تصادفی را داریم:

تعریف٣ . ٣ (پایداری لیاپانوف در احتمال):

حل تعادل گفته میشود پایدار احتمال است، اگر برای داده شده، وجود داشته باشد بطوری آه نتیجه بدهد:

٣٢

تعریف ٣. ۴ (پایداری لیاپانوف در لحظه m ام):

نقطه تعادل گفته میشود در لحظه m ام پایدار است اگر لحظهm ام بردار جواب وجود داشته باشد و برای یک وجود داشته باشد به طوری آه برای نتیجه بدهد:

نعریف ٣. ۵ (پایداری تقریباً قطعی لیاپانوف):

نقطه تعادل گفته میشود آه پایدار تقریباًقطعی است، اگر

پایداری تقریباً قطعی به این معنی است آه جوابهای تعادل تقریباً برای تمام سیستمهای نمونه پایدار است. پایداری تقریباً قطعی یکی از نزدیکترین مفاهیم به پایداری سیستم قطعی است. مشابهاً، پایداری مجانبی (قطعی) میتواند گسترش یابد تا با سیستمهای تصادفی با اصلاح تعریف ٣. ٢ در حالت همگرایی زیر نیز بتواند روبرو شود:
تعریف ٣. ۶(پایداری مجانبی در احتمال) نقطه تعادل گفته میشود پایدار مجانبی در احتمال است، اگر پاپدار در احتمال باشد و اگر وجود داشته باشد آه برای نتیجه دهد:

تعریف ٣. ٧ (پایداری مجانبی در لحظه m ام)

نقطه تعادل گفت میشود پایدار مجانبی در لحظه m ام است، اگر پایدار در لحظه m ام باشدو وجود داشته باشد به طوری آه برای نتیجه دهد:

تعریف ٣. ٨ (پایداری مجانبی تقریباً قطعی لیاپانوف):

نقطه تعادل گفته میشود آه پایداری مجانبی تقریباً قطعی است، اگر پایدارتقریبا قطعی باشد و اگر وجود داشته باشد بطوری آه برای نتیجه دهد:

٣٣

یک مفهوم مهم پایداری مجانبی آه در مهندسی و علوم آاربردی برای سیستمهای تصادفی به آار میرودف پایداری نمایی میانگین است:
تعریف ٣. ٩ (پایداری نمایی لحظهm ام):

نقطه تعادل گفته میشود پایدار نمایی لحظه m ام است، اگر و ثابتهای مثبت باشد، به طوری آه نتیجه دهد:

از میان تعریفها و مفاهیم فوق، همگی نمیتوانند برای پایداری سیستمهای تصادفی خصوصاً در عمل درست جواب بدهند.
برای آاربردهای سیستمهای عملی، ما پایداری را ترجیح میدهیم آه نزدیک پایداری قطعی باشد. بنابراین، بیشتر علاقهمند به پایداری تقریباً قطعی هستیم.
در سیستمهای تصادفی، پایدار نمایی در مربع میانگین تقریباً همان پایداری مجانبی تقریباً قطعی است. پس به دنبال شرایطی هستیم آه پایدار مجانبی تقریباً قطعی و پایداری نمایی در مبع میانگین را تضمین آند.

شبیه حالت قطعی، دومین تعریف لیاپانوف برای سیستمهای تصادفی استفاده میشود. روش توابع لیاپانوف دارای یک تعبیر فیزیکی هستند، به این صورت آه اگر انرژی سیستم فیزیکی همواره در نزدیکی نقطه تعادل آاهش یابد، آنگاه نقطه تعادل پایدار خواهد بود.

شرایط پایداری تصادفی

برای مطالعه پایداری تصادفی غیرخطی باید توابع لیاپانوف تصادفی دارای ویژگیsupermartingale باشند. روش تابع لیاپانوف ب
رای سیستمهای تصادفی به صورت خلاصه زیر بیان

e تخمین زده شود .

طرح های FDD on-line برای انواع مختلف خطاها نیازمند ارائه هستند تا تصمیم قابل اعتماد و به موقع برای فعال سازی مکانیسم پیکربندی مجدد کنترل گرفته شود . براساس اطلاعات on-line سیستم Post-Pault ، تولید شده توسط ماجول FDD ، کنترل کننده reconfigurable باید به صورت اتوماتیک طراحی شود تا پایداری و دینامیک خاص و عملکرد حالت گذرای سیستم را حفظ کند . به علاوه ، برای تضمین توانایی سیستم حلقه بسته در ردیابی ورودی فرمان یا یک مسیر یا مدل مرجع حتی در حضور خطاها ، یک کنترل کننده پیش سوی reconfigurable ساخته می شود تا به ردیابی فرمان برسد . در حالت جلوگیری از تنزل عملکرد و اشباع عملگر شاید یک commend/ reference gaverner استفاده شود تا ورودی مرجع یا مسیر مرجع تنظیم شودیا اطلاعات لازم توصیهگر برای اپراتورهای انسانی در حضور خطاها فراهم شود

.

٨

شکل ١-١ ساختار کلی FTCS

هدف طراحی در : AFTCS ١) طراحی یک طرح FDD که با دقت کافی اطلاعات ممکن در مورد خطا ( زمان ، نوع و دامنه ) و مدل را بدهد ، و ٢ ) طراحی یک کنترل کننده جدید درپاسخ برای جبران سازی تغییرات خطای القا شده در سیستم به گونه ای که پایداری و عملکرد قابل قبول سیستم حلقه بسته حفظ شود . در طراحی چنین AFTCS ، نه تنها پارامترهای کنترل کننده های فیدبک و پیش رو باید دوباره در حضور خطاها محاسبه شوند ، بلکه ساختار کنترل کننده های جدید ( از نظر مرتبه کنترل کننده ها ، تعداد و انواع
کنترل کننده ها ) نیز نیازمند تغییرات متناسب می باشد .

FTCS گاهی به عنوان سیستم های کنترلی دوباره ساختار یافته می باشند ، تا از سیستمهای کنترل با قابلیت پیکربندی مجدد که فقط شامل محاسبات مجدد پارامترهای کنترلیاند ، جدا شوند .

١-٣ دسته بندی : FTCS

روش طراحی FTCS به دو دسته تقسیم می شود : . AFTCS, PFTCS به کارگیری یک روش خاص بستگی به موراد زیر دارد : توانایی تعیین خطاهایی که ممکن است سیستم در فاز طراحی داشته باشد ،رفتار تغییرات ناشی از خطا و نوع افزونگی (redundancy) مورد استفاده در سیستم .

شکل١-٢ تقسیم بندی روش ها را نشان می دهد .

٩

شکل ١-٢ تقسیم بندی روشهای FTCS

: PFTCS در این روش سیستم ممکن است فقط در مقابل تعداد محدودی از خطاهایی که فرض می شود از قبل برای طراحی کنترل کننده شناخته شده اند ،مقاوم می باشد . وقتی که کنترل کننده طراحی می شود می تواند خطاهای پیش بینی شده را بدون هیچ دسترسی به اطلاعات خطای on-line ،جبرانسازی می کند . PFTCS باخطاها به عنوان منابع عدم قطعیت مدلسازی برخورد می کند .

PFTCS قابلیت مقاومت در مقابل خطای خیلی محدودی دارد . وقتی به صورت on-line اجرا می شود، یک کنترل کننده غیر فعال فقط در مقابل خطاهای از قبل فرض شده مقاوم است . به همین دلیل فقط تکیه کردن به PFTCS ریسک بالایی دارد .

در حالت کلی PFTCS خصوصیات زیر را دارد : ١. مقاوم در مقابل خطاهای پیش بینی شده ٢. استفاده از افزونگی سخت افزاری ٣. محافظه کارتر

: AFTCS در بیشتر سیستم های کنترل معمولی ،کنترل کننده ها برای سیستم های بدون خطا بدون بررسی احتمال رخداد خطا طراحی می شوند. در بقیه حالات سیستم کنترل شونده ممکن است افزونگی فیزیکی محدودی داشته باشد و به دلیل محدودیت های هزینه یا فیزیکی ،افزایش یا تغییر ساختار سخت افزاری ممکن نیست . در این حالات ،یک AFTCS می تواند با استفاده منابع در دسترس و به کار بردن هر دو افزونگی فیزیکی و تحلیلی برای سازگاری (اصلاح )خطاهای پیش بینی نشده، طراحی شود .

شکل ١-٣ یک دیاگرام شماتیک کلی از AFTCS را نشان می دهد.

١٠

شکل ١-٣ شماتیک کلی AFTCS

AFTCS اثرات خطاها را بوسیله انتخاب یک قانون کنترل از قبل محاسبه شده یا با ایجاد یک قانون کنترل جدید به صورت on-line در real-time ،جبران می کند. هر دو روش نیازمند الگوریتم تشخیص خطا یا شناسایی برای شناختن تغییرات ناشی از خطا و پیکربندی مجدد قانون کنترل به صورتon-line است .

AFTCS شامل میزان مشخص تشخیص خطا به صورت on-line ،تصمیم گیری real-time و پیکربندی مجدد کنترل کننده است و تنزل قابل قبولی را در کل عملکرد سیستم در حالت خطاها،می پذیرد و در کل AFTCS خصوصیات زیر را دارد :

١. به کار گرفتن افزونگی تحلیلی

٢. استفاده از الگوریتم FDI و کنترل کننده با پیکر بندی مجدد ٣. پذیرفتن عملکرد تنزل یافته درحضور خطا ۴. کاهش حفاظت

AFTCS یک زمینه بین رشته ای است که محدود وسیعی از زمینه تحقیقاتی را شامل می شود، مانند: سیستم های اتفاقی، آمارکاربردی، تحلیل ریسک، قابلیت اعتماد، پردازش سیگنال، مدلسازی دینامیکی و کنترل.

زمینه و انگیزه :

FTCS یک استراتژی برای ساخت سیستم کنترل قابل اعتماد است . در واقع یک معادل برای مجموعه ای از روش های اخیر است که برای افزایش قابلیت اعتماد سیستم و در دسترس بودن و کاهش ریسک خطرات ،گسترش یافته است . FTCS طراحی شده است تا خطا ها را در مرحله اولیه ایجاد آنها ،اصلاح کند، مانند

١١

خطاهای کوچک در زیر سیستم که به خطاهایی در سطح سیستم تبدیل نشود.FTCS ممکن است
دستور خاموش شدن ایمن را بدهد یا عملکرد پیوسته را با تنزل قابل قبولی در عملکرد سیستم ادامه دهد.
نیاز به FTCS برای افزایش قابلیت اعتماد سطح اتوماسیون سیستم های کنترل مدرن بیشتر ظاهر شده است . FTCS در بسیاری از زمینه های مختلف کاربری استفاده شده است ،مانند : سیستم هایsafety-critical (راکتورهای هسته ای ،هواپیما ،سیستمهای هدایت موشک )، سیستم های cost-critical (ساختارهای فضای بزرگ ،وسایل فضایی ،ماشین های اتوماتیک زیر دریایی )،و سیستم های volume-critical (فرایند های مونتاژ در صنایع خودکار (auto-industry) ،شبکه های ارتباطی متحرک ،بزرگراههای خودکار).

در سیستم های قدرت هسته ای ،به عنوان یک مثال از سیستم های safety-critical ،رخداد یک خطا ممکن است منجر به فاجعه انسانی/ محیطی شود . یک عملکرد کنترلی مناسب می تواند خاموش شدن ایمن در زمانی که شرایط اضطراری رخ دهد، باشد . در سیستم های cost-critical , volume-critical رخ دادن یک خطا ممکن است منجر به خسارت مالی زیادی شود . وسایل زیر دریایی خودکار و فضایی بدون سرنشین مثال هایی از وسایلی است که باید با وقایع دوراز انتظار مانند خطا ها در یک حالت پیش بینی شده، روبرو شوند . در بدترین حالت ،ماشین باید بتواند حداقل بدون تکمیل ماموریت خود، به حالت اولیه خود به صورت ایمن برگردد .

در صنعت، مثال هایی وجود دارد که خطاهای کوچک باعث خاموش شدن و یا حتی آسیب به تجهیزات و در نتیجه توقف پر هزینه تولید شده اند . در میان بسیاری از مثال های موقعیت های خطرناک خطا، دو حالت در اینجا بیان می شود :

١. در ٢۶ آوریل ١٩٨۶ در نزدیکی شهری در اوکراین (chornobyl) یک انفجار بزرگ در مجموعه قدرت هسته ای رخ داد که با ذوب شدن تدریجی راکتیو ادامه یافت . دلیل اصلی این واقعه تکنولوژی خطا دار قدیمی و فقدان مکانیسم برخورد با خطا بود .

٢. موشک ۵Ariane در ۴ ژوان ١٩٩۶ ،٣٧ ثانیه بعد از پرتاب شد ،منفجر شد . دلیل آن استثناء نرم افزاری در واحد مرجع اینرسی (IRU) بود که اطلاعات مسیر و رفتار سیستم کنترل را تامین می کرد . استثناء باعث شد اطلاعات رفتار نرمال بوسیله برخی اطلاعات شناسایی (تشخیص)جایگزین شود که سیستم کنترل بر اساس طراحی اش نمی توانست بفهمد.
چنین خطاهای فاجعه آمیزی می توانند اجتناب شوند یا حداقل تخفیف داده شوند اگر سیستم کنترل با درجات خاصی از قابلیت های مقاوم خطا طراحی شود. در حالت اول، یک FTCS می تواند طوری طراحی شود که راکتوررا به طور ایمن خاموش کند. در حالت دوم ،خرابی قسمت IRU می تواند به عنوان یک خطای سنسوری بررسی شود و یک مکانیسم رای گیری برای انجام بررسی هماهنگی اطلاعات رفتاری در مقابل رفتار مورد انتظار، می تواند انجام شود.

١٢

پیشرفتها در سیستم کنترل مقاوم خطا :

همانطور که قبلا گفته شده وظیفه اصلی FTCS ،طراحی یک کنترل کننده برای تضمین پایداری سیستم و عملکرد قابل قبول است البته نه فقط وقتی که سیستم بدون خطاست بلکه همچنین وقتی که خرابی عنصر وجود دارد (سنسور ،عملگر ،اجزای یا هر ترکیبی از آنها ).

این وظیفه با بکاربردن روش های کنترل مقاوم برای طراحی کنترل کننده ای که عملکرد fail-safe سیستم از تضمین کند،انجام می شود .یک سیستم fail-safe گفته می شود: اگر سیستم حلقه بسته در حضور خطاهای اجزا پایدار بماند. این روش های طراحی سطح بالایی از افزونگی و تنوع در سنسورها و عملگرها ایجاد می کند . Macfarlane ،]١٢٠[، چنین تکنولوژی طراحی را برای تعریف یک مفهوم مهم به نام بی نقصی سیستم (system integrity) به کار برد . یک کنترل کننده فیزیک برای سیستم های با بی نقصی در مرجع ]١٧٢[ طراحی شده است .
وقتی FTCS توجه بسیاری از تحقیقین را به عنوان یک ابزار مدرن کنترل جلب کرد ،مفهوم بی نقصی سیستم به طراحی PFTCS گسترش داده شد. یک روش طراحی PFTCS در مقابل خطاهای عملگر با استفاده از کنترل فیزیک حالت بر اساس راه حل معادلات ریکاتی در ]١۶۵[ انجام شده است .

به هر حال ،این روش های طراحی فقط برای سیستم های پایدارمجانبی حلقه بازقابل اعمال است . این محدودیت با فرض اینکه حالات خطای عملگر به یک مجموعه خاص محدود می شود و با استفاده از کنترل مربعی خطی و اندازه گیری عملکرد مرزنرمال HH ، تخفیف یافته است .

مسئله پایداری سازی همزمان زمانی مطرح شد که یک قانون کنترل منفرد برای پایدارکردن سیستمهای چندگانه استفاده می شد . وقتی مسئله پایدار سازی قابل اعتماد مطرح شد، مسئله دوگان مربوط طراحی کنترل کننده های چندگانه برای پایدارسازی یک سیستم منفرد است . این روش ها می توانند با به کاربردن افزونگی سخت افزاری سیستم ها برای طراحی یک PFTCS گسترش داده شود . یک روش طراحی گرافیکی می تواند پایداری سیستم حلقه بسته را در حالتی که خطا های سسنور/عملگر داریم تضمین کند، البته در صورتیکه انتخاب مناسبی از ساختار و پارمترهای کنترل کننده انجام شود . برای حالتی که افزونگی سخت افزاری محدود شده ای در سیستم ها و اطلاعات محدودی از خطاهای ممکن (تاریخچه پروسه و آثار خطاها )، وجود دارد، AFTCS باید برای بهبود قابلیت اعتماد سیستم به کار رود . به طور کلی، تحقیقات زیادی روی AFTCS شده است . متاسفانه، بسیاری از این تحقیق ها پراکنده است و فقط روی برخی جنبه های انفرادی تمرکز کرده اند .

AFTCS یک عنوان تحقیقاتی جاری است . تحقیقات خاصی انجام شده تا پایداری سیستم در مقابل خطاهای عناصر (اجزای)سیستم در سیستم های کنترل پرواز شود مانند کنترل کننده خود تعمیر پرواز برای اصلاح

١٣

عملکرد نادرست سطح پرواز . این کنترل کننده، توا
نایی کنترل را به اجزای اجرا کننده باقی مانده توزیع می کند. عملکرد سیستم در حوزه فرکانس می تواند جهت طراحی یک کنترل کننده اتوماتیک باقابلیت ساختاربندی مجدد استفاده شود . برای پوشش دادن عملکرد سیستم بعد از خطا، یک روش بر اساس شبه معکوس ارائه شده است . اشکال عمده این روش این است که پایداری سیستم معیوب تضمین نمی شود . این مشکل می تواند با مینیموم کردن اختلاف بین سیستم حلقه بسته نامی و تخمین زده شده بعد از خطا جهت رسیدن به ضرورت پایداری، حل شود . برای فراهم کردن ترمیم عملکرد، جایابی ساختار ویژه را می توان به کار برد . نتایج نوید داده شده با استفاده از روش معادل نبودن ماترین خطی (Linear matrix inequality) بدست می آید .
در سیستم های کنترل عملی، خطا ها به طور طبیعی تصادفی هستند . آنها ممکن است در زمانهای مختلف رخ دهند، سایز ناشناخته داشته باشند و ممکن است بریا هر یک از اجزای سیستم رخ دهند (سنسورها ، plant و یا عملگرها ) . سیستم های کنترلی در عمل ،در معرض

ارائه می کند. به طور کلیFTCS به دو دسته قابل تقسیم است: (PFTCS) passive ٩( AFTCS)active , ١٠

یک سیستم کنترلی مقاوم خطا (FTCS)، سیستم کنترلی است که توانایی سازگاری خطاهای سیستم را به طور اتوماتیک دارد و پایداری و عملکرد قابل قبول را حتی در حضور خطاها ارائه می کند. به طور کلیFTCS به دو دسته قابل تقسیم است: (PFTCS) passive ١١( AFTCS)active , ١٢

AFTCS از ۴ بخش تشکیل شده است: ١) یک کنترل کننده با ساختار بندی مجدد، ٢) یک طرحFDD، ٣) یک مکانیسم پیکر بندی مجدد کنترل کننده، ۴) یک مولد فرمان/ مرجع (command/reference governor

اهداف و ساختار: AFTC اهداف طراحیFTCS باید شامل عملکرد دینامیک و حالت ماندگار نه فقط تحت شرایط نرمال، بلکه تحت خطاها نیز شامل شود. رفتارهای سیستم در این دو حالت عملکردی مشخصاً متفاوت می باشد. در شرایط نرمال، ممکن است روی کیفیت رفتار سیستم تأکید شود. در حضور خطا، اینکه چگونه سیستم با یک عملکرد تضعیف شده قابل قبول باقی می ماند بحث اصلی است.

درماجول FDD، هر دو پارامترهای خطا و متغیرهای حالت سیستم باید به صورت روی خط در زمان حقیق تخمین زده شود. طرح های روی خط FDD برای انواع مختلف خطاها نیازمند ارائه هستند تا تصمیم قابل اعتماد و به موقع برای فعال سازی مکانیسم پیکر بندی مجدد کنترل گرفته شود. براساس اطلاعات روی خط سیستم بعد از خطا، تولید شده توسط FDD، کنترل کننده پیکر بندی مجدد باید به صورت اتوماتیک طراحی شود تا پایداری و دینامیک خاص و عملکرد حالت گذاری سیستم را حفظ کند. به علاوه، برای تضمین توانایی سیستم حلقه بسته در ردیابی ورودی فرمان یا یک مسیر یا مدل مرجع حتی در حضور خطاها، یک کنترل کننده پیش سوی پیکر بندی مجدد ساخته می شود تا به ردیابی فرمان برسد . در حالت جلوگیری از تنزل عملکرد و اشباع عملگر، یک مولد ورودی فرمان/مرجع استفاده می شود تا ورودی مرجع یا مسیر مرجع تنظیم شود.

در صورتی که علاوه بر پارامترهای کنترل کننده فیدبک و پیش سو، ساختار کنترل کننده ها از نظر مرتبه، تعداد و نوع کنترل کننده نیز تغییر پیدا کنند، به عنوان سیستم کنترل ساختار یافته مجدد شناخته می شود که محاسبات و تحلیل فراتر از پیکر بندی مجدد را شامل می شود.

دسته بندی روشهای کنترلی موجود با قابلیت پیکر بندی مجدد: روش های طراحی کنترل با قابلیت پیکر بندی مجدد بر اساس مدل به یکی از روش های زیر منجر می شود : تنظیم کننده مربعی خطی١٣، ساختار ویژه، شبه معکوس، تعقیب مدل، کنترل تطبیقی، مدل چندگانه، جدول بندی بهره، تغییر پارامترخطی، کنترل ساختار متغیر ، مود لغزشی، کنترل پیش بین، خطی سازی فیدبک و دینامیک معکوس.

سیستم های مقاوم خطا و طراحی های کنترلی مربوطه دارای کاربردهای مهندسی گسترده و مختلف، می باشند، که در محدودیت های زیر قرار می گیرند: (a سیستمهای امنیتی (هواپیما، هلیکوپترها، فضاپیماها و اتومبیل ها، صنایع نیروی هسته ای و شیمیایی خطرناک)، (b سیستمهای زندگی (تله روباتها برای جراحی،

Passive Fault Tolerant Control System ٩ Active Fault Tolerant Control System ١٠ Passive Fault Tolerant Control System ١١ Active Fault Tolerant Control System ١٢

LQR ١٣

٣

مانیتورهای کار گذاشته قلب، ابزار تشخیص نانو ماهیچه و سایر تجهیزات پزشکی، کنترل ترافیک زمینی و سیستم های اتوماتیک شده بزرگراه)، (c سیستمهای ماموریت (سیستم های کنترل ترافیک هوایی، سیستم های دفاعی، دستگاه های فضایی و فضاپیما، وسایل هوایی/ فضایی / زیر دریایی خود گردان، روبات های استفاده شده در پروسه های صنعتی و شبکه های ارتباطی)، (d سیستم های هزینه (ساختارهای فضای مقیاس بزرگ، اتومبیل هایdrive-by-wire، کنترل پروسه توزیع شده، شبکه های محاسباتی و ارتباطی).

۴

فصل اول

کلیات سیستم های کنترل مقاوم خطا

FTCS

۵

١-١ مقدمه

برای سیستم های کنترل پیشرفته ، توالی هایی از خطاهای اجزای سیستم می تواند فاجعه آمیز باشد . قابلیت اعتماد در چنین سیستم هایی با تضمین این که خطایی رخ نخواهد داد ،افزایش خواهد یافت ،ولی به هر حال ،این هدف غیر واقعی و اغلب غیر قابل دستیابی است چون خطاها نه فقط به خاطر کهنگی و فرسودگی اجزای سیستم رخ می دهند،بلکه به خاطر خطاهای انسانی در ارتباط با نصب و نگهداری نیز ایجاد می شوند. بنابراین طراحی سیستم های کنترلی که بتوانند در مقابل خطاهای ممکن مقاوم باشند جهت افزایش قابلیت اعتماد ودردسترس بودن این سیستم ها ،لازم است . این نوع از سیستم های کنترل به عنوان سیستم های کنترل مقاوم خطا شناخته شده است.

در طول سه دهه گذشته، تقاضای روبه رشدی برای قابلیت اعتماد١۴، ماندگاری١۵ و قابلیت نگهداری١۶ در سیستم دینامیک، تحقیقات را در زمینه تشخیص خطا و عیب یابی ایجاد کرده است. چنین تلاش هایی منجر به پیشرفت بسیاری از روش هایFDD شده است. همزمان با آن، تحقیق روی سیستم های کنترلی مقاوم خطا (FTCS) ١٧و با قابلیت پیکر بندی مجدد ١٨ افزایش یافته که تحقیقات اولیه روی کنترل ساختار بندی مجدد و سیستم های کنترلی پرواز
خود تعمیر١٩ در اوایل ١٩٨٠ شروع شد. به هر حال، در مقایسه با FDD، کتابهای بسیار کمی روی موضوع FTCS منتشر شده اند. اگر چه تحقیقات انفرادی گسترده ای روی FTCS انجام شده است، مفاهیم سیستماتیک، روش های طراحی و حتی اصطلاح شناسی آن هنوز استاندارد گذاری نشده است. به علاوه، بنا به دلایل تاریخی، عمده تحقیقات روی FDD و کنترل پیکر بندی مجدد/ ساختار بندی مجدد مستقل انجام شده است.

بسیاری از روش هایFDD به عنوان یک ابزار عیب یابی یا مانیتورینگ و نه به عنوان یک بخش از FTCS گسترش یافته است. واضح است که برخی از روش هایFDD موجود، نیاز ساختار بندی مجدد کنترل کننده را ممکن است برآورده نکند. از سوی دیگر بسیاری از کنترل های پیکربندی مجدد با فرض اطلاعات کامل ازFDD طراحی شده است. عکس العمل بینFDD و FTCS و طراحی مجتمع این دو برای کاربردهای روی خط٢٠ زمان حقیقی٢١ اهمیت بسیاری دارد. یک نتیجه نادرست یا با تأخیر فراوان ازFDD، ممکن است باعث تلفات در عملکرد سیستم و حتی ناپایداری کل سیستم شود. یک کنترل کننده نامناسب نیز بر اساس اطلاعات نادرست از FDD، منجر به عملکرد ضعیف و حتی ناپایداری کل سیستم می شود.

reliability ١۴

maintainability ١۵

survivability ١۶

Fault Tolerant Control System ١٧

Reconfigurable Control ١٨

self-repairing

on-line

real-time

١٩

٢٠

٢١

۶

یک سیستم کنترلی مقاوم خطا (FTCS)، سیستم کنترلی است که توانایی سازگاری خطاهای سیستم را به طور اتوماتیک دارد و پایداری و عملکرد قابل قبول را حتی در حضور خطاها ارائه می کند. به طور کلیFTCS به دو دسته قابل تقسیم است: (PFTCS) passive ٢٢( AFTCS)active , ٢٣

AFTCS از ۴ بخش تشکیل شده است: ١) یک کنترل کننده با ساختار بندی مجدد، ٢) یک طرحFDD، ٣) یک مکانیسم پیکر بندی مجدد کنترل کننده، ۴) یک مولد فرمان/ مرجع (command/reference governor

اهداف و ساختار: AFTC اهداف طراحیFTCS باید شامل عملکرد دینامیک و حالت ماندگار نه فقط تحت شرایط نرمال، بلکه تحت خطاها نیز شامل شود. رفتارهای سیستم در این دو حالت عملکردی مشخصاً متفاوت می باشد. در شرایط نرمال، ممکن است روی کیفیت رفتار سیستم تأکید شود. در حضور خطا، اینکه چگونه سیستم با یک عملکرد تضعیف شده قابل قبول باقی می ماند بحث اصلی است.

درماجول FDD، هر دو پارامترهای خطا و متغیرهای حالت سیستم باید به صورت روی خط در زمان حقیق تخمین زده شود. طرح های روی خط FDD برای انواع مختلف خطاها نیازمند ارائه هستند تا تصمیم قابل اعتماد و به موقع برای فعال سازی مکانیسم پیکر بندی مجدد کنترل گرفته شود. براساس اطلاعات روی خط سیستم بعد از خطا، تولید شده توسط FDD، کنترل کننده پیکر بندی مجدد باید به صورت اتوماتیک طراحی شود تا پایداری و دینامیک خاص و عملکرد حالت گذاری سیستم را حفظ کند. به علاوه، برای تضمین توانایی سیستم حلقه بسته در ردیابی ورودی فرمان یا یک مسیر یا مدل مرجع حتی در حضور خطاها، یک کنترل کننده پیش سوی پیکر بندی مجدد ساخته می شود تا به ردیابی فرمان برسد . در حالت جلوگیری از تنزل عملکرد و اشباع عملگر، یک مولد ورودی فرمان/مرجع استفاده می شود تا ورودی مرجع یا مسیر مرجع تنظیم شود.

در صورتی که علاوه بر پارامترهای کنترل کننده فیدبک و پیش سو، ساختار کنترل کننده ها از نظر مرتبه، تعداد و نوع کنترل کننده نیز تغییر پیدا کنند، به عنوان سیستم کنترل ساختار یافته مجدد شناخته می شود که محاسبات و تحلیل فراتر از پیکر بندی مجدد را شامل می شود.

دسته بندی روشهای کنترلی موجود با قابلیت پیکر بندی مجدد: روش های طراحی کنترل با قابلیت پیکر بندی مجدد بر اساس مدل به یکی از روش های زیر منجر می شود : تنظیم کننده مربعی خطی٢۴، ساختار ویژه، شبه معکوس، تعقیب مدل، کنترل تطبیقی، مدل چندگانه، جدول بندی بهره، تغییر پارامترخطی، کنترل ساختار متغیر ، مود لغزشی، کنترل پیش بین، خطی سازی فیدبک و دینامیک معکوس.

سیستم های مقاوم خطا و طراحی های کنترلی مربوطه دارای کاربردهای مهندسی گسترده و مختلف، می باشند، که در محدودیت های زیر قرار می گیرند: (a سیستمهای امنیتی (هواپیما، هلیکوپترها، فضاپیماها و اتومبیل ها، صنایع نیروی هسته ای و شیمیایی خطرناک)، (b سیستمهای زندگی (تله روباتها برای جراحی، مانیتورهای کار گذاشته قلب، ابزار تشخیص نانو ماهیچه و سایر تجهیزات پزشکی، کنترل ترافیک زمینی و سیستم های اتوماتیک شده بزرگراه)، (c سیستمهای ماموریت (سیستم های کنترل ترافیک هوایی، سیستم های دفاعی، دستگاه های فضایی و فضاپیما، وسایل هوایی/ فضایی / زیر دریایی خود گردان، روبات های استفاده شده در پروسه های صنعتی و شبکه های ارتباطی)، (d سیستم های هزینه (ساختارهای فضای مقیاس بزرگ، اتومبیل هایdrive-by-wire، کنترل پروسه توزیع شده، شبکه های محاسباتی و ارتباطی).

Passive Fault Tolerant Control System ٢٢ Active Fault Tolerant Control System ٢٣

LQR ٢۴

٧

١-٢ تعریف سیستم کنترل مقاوم خطا :

FTCS یک سیستم کنترلی است که می توان خطاهای اجزای سیستم را اصلاح کند و پایداری ودرجه قابل قبولی از عملکرد سیستم را نه فقط در حالت بدون خطا بلکه وقتی خرابی اجزا نیز وجود دارد، حفظ کند . FTCS در یک زیر سیستم مانع از گسترش خطا ها (faults) به نقص هایی در سطح سیستم (failures) می شود .

FTCS ممکن است با عنوان بهبود قابلیت اعتماد سیستم ،قابلیت نگهداری و ماندگاری سیستم ،گفته شود . اهداف FTCS ممکن است برای کاربردهای مختلف ،مختلف باشد .
یک FTCS اگر ا
جازه تکمیل نرمال وظایف را حتی بعد از خطاهای اجزا بدهد ،گفته می شود که قابلیت اطمینان را بهبود بخشیده است . FTCS با افزایش زمان بین عملیات نگهداری و اجازه استفاده از روند تعمیر ساده تر ، می تواند قابلیت نگهداری را بهتر کند.

اهداف طراحی FTCS باید شامل دینامیک و عملکرد ماندگار باشد و نه فقط تحت شرایط نرمال ، بلکه تحت خطاها نیز شامل شود . رفتارهای سیستم در این دو حالت عملکرد مشخصاً متفاوت می باشد . در شرایط نرمال ، ممکن است روی کیفیت رفتار سیستم تأکید شود . در حضور خطا ، اینکه چگونه سیستم با یک عملکرد تضعیف شده قابل قبول باقی می ماند بحث اصلی است .

ساختار کلی یک AFTCS در شکل ١ نشان داده شده است . از ۴ جزء اصلی تشکیل شده است : ( a یک طرح on-line و FDD real- time، ( b یک مکانیسم پیکربندی مجدد، (c یک کنترل کننده با پیکربندی مجدد و ( d یک command /reference gaverner در ماجول FDD ، هر دو پارامترهای خطا و متغیرهای حالت سیستم باید به صورت on-line و real-tim

ب

ج

تقدیم به:

پدر و مادر مهربانم

د

سپاسگزاری

سپاس خدای مهربان را آه اندیشهام داد. حمد و ستایش بی قیاس خدای را سزاست آه از الطاف خود در انسان دمید و او را اشرف مخلوقات خود قرار داد . حال آه به لطف او توفیق تحصیل علم و آسب دانش را پیدا نمودم، از خداوند متعال میخواهم آه قدمهایم را در راه خدمت به جامعه استوار گرداند تا بتوانم از آنچه در این سالها آموختهام در مسیر پیشرفت و آبادانی آشور عزیزم استفاده نمایم.

لازم است مراتب تشکر و قدردانی خود را نسبت به کسانی که در انجام این پژوهش مرا یاری کردند ابراز نمایم؛ استاد راهنمای گرامی و ارجمندم، جناب آقای دکتر محمدرضا جاهد مطلق

پدر و مادر مهربانم

ه

فهرست مطالب

عنوان مطالب شماره صفحه

چکیده . مقدمه

فصل اول : آلیات سیستم های کنترل مقاوم خطا

١-١ مقدمه ١-٢ تعریف سیستم کنترل مقاوم خطا

١-٣ دسته بندی FTCS

فصل دوم : انواع خطاها و روشهاس تشخیص آن (FDD)

٢-١ مقدمه ٢-٢ خطاها در سیستم های دینامیک

٢-٣ تشخیص و شناسایی خطا (FDI) و روشهای FDD

فصل سوم : مدلسازی FTCS با پارامترهای مارکوف (FTCDMP)

٣- ١ مقدمه

٣- ٢ مدلهای ریاضی

٣- ٣ پروسه های خطا (FDI)

٣- ٣-١ یکتایی مدل FTCSMP

٣- ٣-٢ خطاها در تشخیص و شناسایی ٣-٣-٣ تاخیرهای تشخیص و آالارم های اشتباه

فصل چهارم : جنبه های مهم قابل بررسی در سیستم FTCS

۴-١ پایداری تصادفی ۴-٢ تنزل مطلوب عملکرد

ا

و

١

٢

۵

١٠

١۴

١۵

٢٢

٢٣

٢٣

٣۵

۴١

۴۶

۵١

۵۶

۶٠

۶٢

۶٧

۶٨

فهرست مطالب

عنوان مطالب شماره صفحه

۴-٣ مدیریت دوره گذرا

۴-۴ محدودیت ورودی و اشباع عملگر

فصل پنجم : مروری بر برخی روشهای پیکربندی مجدد

۵-١ مقدمه

۵-٢ روشهای معمول در FTCS

فصل ششم : نتیجه گیری

فهرست منابع

چکیده انگلیسی

……………………………………………………………………………………………………………………………………………

ز

٧١

٧٢

١٠٩

١٠٩

١١١

١١۴

فهرست جدول ها

عنوان

۴-١ : پارامترهای سیستم و مدل های

مرجع……………………………………………………………………………………………….

۴-٢ : مقادیر ویژه مدل مرجع مطلوب و مدل مرجع تنزل

یافته………………………………………………………………….

۴-٣ : بردارهای ویژه مدل مرجع مطلوب و مدل مرجع تنزل

یافته……………………………………………………………..

۴-۴ : تصویر بردارهای ویژه مدل مرجع مطلوب و مدل مرجع تنزل

یافته…………………………………………………..

۴-۵ : مقادیر ویژه حلقه بسته در شرایط بدون خطا و

خطادار……………………………………………………………………..

۴-۶ : بردارهای ویژه حلقه بسته در شرایط بدون خطا و

خطادار…………………………………………………………………

ح

شماره صفحه

٧٢

٧٢

٧٣

٧٣

٧٣

٧۴

فهرست شکلها

عنوان

شماره صفحه

٠-١: سیستم مقاوم خطا………………………………………………………..

………. ………………..
١۴

٠-٢: محل خطاها در یک سیستم کنترل مقاوم خطا…………………………………………

…………
١۵

٠-٣: ساختار کلی سیستم کنترل پیکربندی مجدد………………………………………………

………..
١۶

١-١: انواع سیستم کنترل پیکربندی مجدد……………………………………………………………….

١٩

١-٢: قسمتهای یک سیستم کنترل پیکربندی مجدد…………………….

…………………………………
٢٠

١-٣: فواصل زمانی مختلف در یک ………………………………………………………………FTCS

٢٣

١- ۴: ساختار کلی FTCS ارائه شده……………………………………………………………………..

٢٨

٢-١: مدلسازی خطاهای عملگر بوسیله فاکتور تاثیر کنترلی
……………………………………………

٣٣

٢-٢: تخمین همزمان حالات و فاکتورهای تاثیر کنترلی…………………………………………………

٣۶

٣-١: تصویر vd روی زیر فضای اسپن شده با ستونهای
j
))1………………………………G
((i I F
۵٨

i

j
j

٣-٢: ساختار کلی جهت محاسبه بهره پیش سو…………………………………………………………..

۶٣

۴-١: سطوح کنترلی و عملگرها در سیستم پرواز……………………………………………………….

۶٧

۴-٢: نتایج تخمین تاثیر آنترلی با ٣ مقدار فاآتور فراموشی ۰٫۲۵,۰٫۵۵,۰٫۸۵ در سناریو
۶٩

۴-٣: نتایج تخمین تاثیر آنترلی با ٣ مقدار فاآتور فراموشی ۰٫۲۵,۰٫۵۵,۰٫۸۵ در سناریو
٧٠

۴-۴: اندیس ارزیابی عملکرد ……………………………………FDD

………………………………….

٧١

۴-۵: خروجی های سیستم حلقه بسته در شرایط بدون خطا همراه با پاسخ های مدل مرجع
٧۵

۴-۶: سیگنال های آنترل حلقه بسته در شرایط بدون خطا همراه………………باورودیهایفرمان
٧۶

۴-٧: خروجی های سیستم حلقه بسته با و بدون پیکر بندی مجدد …………………………..آنترلآننده
٧٨

۴-٨: سیگنال های آنترل حلقه بسته با و بدون پیکر بندی مجدد………..بههمراهورودیهایفرمان
٧٩

۴-٩: خروجی های سیستم با و بدون تنزل عملکرد در مدل مرجع………………………………………
٨٠

۴-١٠: سیگنالهای کنترل حلقه بسته با و بدون تنزل عملکرد در مدل مرجع و ورودی های فرمان
٨١

ط

چکیده

در این تحقیق، سیستم های کنترلی با قابلیت پیکربندی مجدد بررسی شده است. این سیستم ها به عنوان سیستم های کنترل مقاوم خطا و سیستم های با قابلیت ساختاربندی مجدد نیز شناخته شده اند.

سیستم های تکنولوژی مدرن برای رویارویی با نیازهای عملکردی افزاینده ،به سیستم های کنترل پیچیده نیاز دارند . برای چنین سیستم هایی ، توالی هایی از خطاهای اجزای سیستم می تواند فاجعه آمیز باشد . قابلیت اعتماد در چنین سیستم هایی با تضمین این که خطایی رخ نخواهد داد ،افزایش خواهد یافت ،ولی به هر حال ،این هدف غیر واقعی و اغلب غیر قابل دستیابی است چون خطاها نه فقط به خاطر کهنگی و فرسودگی اجزای سیستم رخ می دهند،بلکه به خاطر خطاهای انسانی در ارتباط با نصب و نگهداری نیز ایجاد می شوند. بنابراین طراحی سیستم های کنترلی که بتوانند در مقابل خطاهای ممکن مقاوم باشند جهت افزایش قابلیت اعتماد ودردسترس بودن این سیستم ها ،لازم است . این نوع از سیستم های کنترل به عنوان سیستم های کنترل مقاوم خطا شناخته شده است.

ابتدا یک سیستم کنترل با قابلیت پیکربندی مجدد تعریف شده و دسته بندی چنینی سیستمهای کنترلی و بررسی جنبه های کلی مربوطه ارائه شده است. سپس تشخیص و شناسایی خطا به عنوان یک بخش مهم در چنین سیستم هایی از نظر ریاضی بررسی شده است. یک روش مدلسازی چنین سیستم هایی توسط پارامترهای مارکوف در ادامه ارائه شده که مدلسازی ساختار سیستم خطادار و تحلیل آن را در این حالت نشان می دهد . سپس جنبه های مهمی که در تحلیل و طراحی سیستم FTCS باید در نظر گرفته شود ارائه می شود و در هر حالت مسئله با یک مثال بررسی شده است.

در نهایت چند روش کنترلی که بیشتر در طراحی چنین سیستمی استفاده شده است ارائه می شود و برای هر روش یک مثال بررسی و ارائه شده است.
در پایان تنیجه گیری از این تحقیق ارائه شده است.

١

مقدمه

سیستم های تکنولوژی مدرن برای رویارویی با نیازهای عملکردی افزاینده ،به سیستم های کنترل پیچیده نیاز دارند . برای چنین سیستم هایی ، توالی هایی از خطاهای اجزای سیستم می تواند فاجعه آمیز باشد . قابلیت اعتماد در چنین سیستم هایی با تضمین این که خطایی رخ نخواهد داد ،افزایش خواهد یافت ،ولی به هر حال ،این هدف غیر واقعی و اغلب غیر قابل دستیابی است چون خطاها نه فقط به خاطر کهنگی و فرسودگی اجزای سیستم رخ می دهند،بلکه به خاطر خطاهای انسانی در ارتباط با نصب و نگهداری نیز ایجاد می شوند. بنابراین طراحی سیستم های کنترلی که بتوانند در مقابل خطاهای ممکن مقاوم باشند جهت افزایش قابلیت اعتماد ودردسترس بودن این سیستم ها ،لازم است . این نوع از سیستم های کنترل به عنوان سیستم های کنترل مقاوم خطا شناخته شده است.

در طول سه دهه گذشته، تقاضای روبه رشدی برای قابلیت اعتماد١، ماندگاری٢ و قابلیت نگهداری٣ در سیستم دینامیک، تحقیقات را در زمینه تشخیص خطا و عیب یابی ایجاد کرده است. چنین تلاش هایی منجر به پیشرفت بسیاری از روش هایFDD شده است. همزمان با آن، تحقیق روی سیستم های کنترلی مقاوم خطا (FTCS) ۴و با قابلیت پیکر بندی مجدد۵ افزایش یافته که تحقیقات اولیه روی کنترل ساختار بندی مجدد و سیستم های کنترلی پرواز خود تعمیر۶ در اوایل ١٩٨٠ شروع شد . به هر حال، در مقایسه با FDD، کتابهای بسیار کمی روی موضوع FTCS منتشر شده اند. اگر چه تحقیقات انفرادی گسترده ای روی FTCS انجام شده است، مفاهیم سیستماتیک، روش های طراحی و حتی اصطلاح شناسی آن هنوز ا
ستاندارد گذاری نشده است. به علاوه، بنا به دلایل تاریخی، عمده تحقیقات روی FDD و کنترل پیکر بندی مجدد/ ساختار بندی مجدد مستقل انجام شده است.

بسیاری از روش هایFDD به عنوان یک ابزار عیب یابی یا مانیتورینگ و نه به عنوان یک بخش از FTCS گسترش یافته است. واضح است که برخی از روش هایFDD موجود، نیاز ساختار بندی مجدد کنترل کننده را ممکن است برآورده نکند. از سوی دیگر بسیاری از کنترل های پیکربندی مجدد با فرض اطلاعات کامل ازFDD طراحی شده است. عکس العمل بینFDD و FTCS و طراحی مجتمع این دو برای کاربردهای روی خط٧ زمان حقیقی ٨ اهمیت بسیاری دارد. یک نتیجه نادرست یا با تأخیر فراوان ازFDD، ممکن است باعث تلفات در عملکرد سیستم و حتی ناپایداری کل سیستم شود. یک کنترل کننده نامناسب نیز بر اساس اطلاعات نادرست از FDD، منجر به عملکرد ضعیف و حتی ناپایداری کل سیستم می شود.

reliability ١

maintainability ٢

survivability ٣

Fault Tolerant Control System ۴

Reconfigurable Control ۵

self-repairing

on-line

real-time

۶

٧

٨

٢

یک سیستم کنترلی مقاوم خطا (FTCS)، سیستم کنترلی است که توانایی سازگاری خطاهای سیستم را به طور اتوماتیک دارد و پایداری و عملکرد قابل قبول را حتی در حضور خطاها

ترجمه پارسیان، ۱۳۸۷).
با وجود اینکه رضایتمندی با پیامدهای مثبت بیشماری همراه است. تحقیقات تحقیقات کمی رضایتمندی تماشاگران را مورد بررسی قرار داده اند. فهم اینکه چگونه تماشاکران و هواداران چگونه به رضایتمندی می رسند، چشم انداز مفیدی فراهم می کند که هدایت کننده تلاش های عملیاتی و فعالیت های بازاریابی است(وان لیون، کویک، دنیل، ۲۰۰۲) در رابطه با تماشاگران ورزشی، رضایتمندی تماشاگران اغلب به عنوان عامل پیش بینی کننده حضور تماشاگران در نظر گرفته می شود((وان لیون، کویک، دنیل، ۲۰۰۲) رضایتمندی نیت آینده هواداران را تحت تأثیر قرار می دهد و به نوبه خود بر وفاداری هواداران تأثیر مثبت دارد(تریل، اندرسون، فینک۹۲، ۲۰۰۵). در رابطه با نحوه تاثیر مسئولیت اجتماعی بر رضایتمندی مشتریان، حداقل سه دسته از تحقیقات به این رابطه اشاره کرده اند.

اول اینکه بر اساس تئوری بنگاهی و تئوری سهامداران، فعالیت های شرکت که در رابطه با مشتریان انجام می شود به مشتریان نه فقط به عنوان یک موجود اقتصادی، بلکه به عنوان یک عضو خانواده، جامعه و کشور توجه دارد. دوم اینکه سابقه قوی سازمان در فعالیت های مسئولیت اجتماعی شرایطی را ایجاد می کند که باعث ارتقء ارزیابی و نگرش مشتریان نسبت به سازمان می شود. سوم اینکه مطالعات انجام شده بر روی عوامل رضایتمندی مشتری بیانگر ارتباط مسئولیت اجتماعی با رضایت مشتریان است. برای مثال ارزش ادراک شده یک عامل کلیدی است که به طور تجربی ثابت شده است باعث افزایش رضایت مشتریان می شود. به احتمال زیاد مشتریان ارزش شرکت هایی را که از نظر اجتماعی مسئولیت پذیر هستند را بالاتر درک می کنند که در نهایت منجر به افزایش رضایت مشتریان می شود(لوو، پاتاچاریا، ۲۰۰۶)
۲-۲۱- پیشینه تحقیق
کاوسی و چاوش باشی (۱۳۸۹) در تحقیقی تحت عنوان« بررسی رابطه مسئولیت اجتماعی و سرمایه اجتماعی در سازمان» به این نتیجه رسیدند که ارتباط این دو یک ارتباط دوسویه است. به عبارتی سازمان ها از طریق مسئولیت پذیری اجتماعی می توانند سرمایه اجتماعی سازمان را تقویت نموده و از طرفی از طریق انسجام، هماهنگی، اعتماد و پیوند اعضای درون سازمان و تعامل برون سازمانی و در نهایت ایجاد و گسترش شبکه ها در جهت برآوردن نیازها در جامعه سرمایه اجتماعی ایجاد کنند
ابراهمی نژاد و اکبری (۱۳۸۵) به این نتیجه رسیدند که بین ارزش های نظری، زیبایی شناسی، اجتماعی،سیاسی و اعتقادی – مذهبی مدیران و ایفای نقش مسئولیت اجتماعی آنها، رابطه معنا داری وجود دارد.دراین پژوهش بین ارزش های اقتصادی مدیران و ایفای نقش مسئولیت اجتماعی آنهارابطه معنا داری به دست نیامد
رویایی و مهردوست (۱۳۸۸) به این نتیجه رسیدند که مدیران فرهنگی درارتقای مسئولیت اجتماعی سازمان نقش مؤثری دارند و همچنین بین نقش مدیران فرهنگی در اهداف اقتصادی ، اخلاقی، اجتماعی و زیست محیطی و ارتقاء مسئولیت اجتماعی سازمانی رابطه ای قوی وجود دارد.
مشبکی و همکاران(۱۳۸۹) به این نتیجه رسیدند که بین مؤلفه های فرهنگ سازمان و مسئولیت پذیری اجتماعی سازمان همبستگی مثبت و معناداری وجود دارد.
مرتضوی و همکاران(۱۳۸۹) در تحقیقی تحت عنوان« بررسی نقش تعدیل گری متغییر مسئولیت اجتماعی و تعهد سازمانی» به این نتیجه رسیدند که تأکید بر انجام مسئولیت اجتماعی سازمان ها به طور معناداری تعهد سازمانی کارکنان را تحت تاثیر خود قرار می دهد.
تقی زاده و سلطانی (۱۳۸۹) در تحقیقی تحت عنوان« تأثیر اخلاق کسب و کار بر مسئولیت اجتماعی بنگاه» که بر روی ۱۷۵ نفر از رؤسای شرکت های قطعه ساز عضو انجمن قطعه سازان تبریز انجام گرفت به این نتیجه رسیدند که اخلاق کسب و کار می تواند باعث ارتقاء مسئولیت اجتماعی بنگاه ها گردد.
شربت اوغلی، افشاری و نجمی(۱۳۸۹) در تحقیقی تحت عنوان« مسئولیت اجتماعی نزد شرکت های پذیرفته شده در بورس اوراق بهادار تهران» به این نتیجه رسیدند که تعریف شرکت های ایرانی از مسئولیت اجتماعی بیشتر مربوط به بعد حقوقی هرم کارول مربوط می شود و الویت بندی آنها نیز با هرم کارول مطابقت دارد. همچنین شرکت ها در وهله اول به بعد اقتصادی و سپس به بعد اخلاقی و حقوقی و در انتها به بعد بشردوستانه اهمیت می دهند.
بخشنده ، سجادی و جلالی فراهانی (۱۳۹۱) به این نتیجه رسیدند که فعالیت های مسئولیت اجتماعی از قبیل انجام بازی های دوستانه با هدف کمک به نیازمندان ، حمایت از ورزش همگانی و فعالیت هایی از این قبیل باعث افزایش هویت هواداران نسبت به باشگاه می شود.
برین، بروون و هاکت۹۳(۲۰۰۵) در تحقیقی تحت عنوان« بررسی ارتباط مسئولیت اجتماعی شرکت های استرالیایی و عملکرد مالی آنها» به این نتیجه رسیدند که بین مسئولیت اجتماعی شرکت ها و عملکرد مالی آنها ارتباطی معنادار وجود دارد.
موهر، وب و هاریس۹۴ (۲۰۰۱) در مقاله ای تحت عنوان«آیا مصرف کنندگان انتظار دارند سازمان ها از نظر اجتماعی مسئولیت پذیر باشند؟ تاثیر مسئولیت اجتماعی بر رفتار خرید» به این نتیجه رسیدندکه به طور کلی نگرش مشتریان نسبت به مسئولیت اجتماعی مثبت است، همچنین شرکت کنندگان در این تحقیق بیان کردند که انتظار دارند سازمان ها از محیط زیست حمایت کنند و به شیوه اخلاقی رفتار کنند و اینکه آنها تصمیم به خرید را بر اساس این عوامل اتخاذ می کنند.
زبیت عبدالرشید۹۵ و سعدیتل ابراهیم۹۶(۲۰۰۲) در تحقیقی تحت عنوان« بررسی نگرش مدیران اجرایی مالزی نسبت به انجام مسئولیت اجتماعی» که بر روی ۱۹۸ نفر از مدیران اجرایی مالزی انجام
گرفت این نتایج بدست آمد: حدود ۶۹ درصد این مدیران معتقد بودند که مشارکت سازمان ها در فعالیت های مسئولیت اجتماعی باعث افزایش سود بلند مدت سازمان ها خواهد شد، همچنین در این پژوهش حدود ۶۵ درصد مدیران تایید کردند که مشارکت سازمان ها در فعالیت های مسئولیت اجتماعی باعث ایجاد تصویری مطلوب در ذهن افراد جامعه خواهد شد.
لوی و باتاچاریا۹۷ (۲۰۰۶) در مقاله ای به بررسی رابطه بین مسئولیت اجتماعی، ارزش بازار و رضایت مشتری پرداختند. نتایج این تحقیق نشان می دهد که مشتریان از سازمان هایی رضایت دارند که در فعالیت های مسئولیت اجتماعی مشارکت دارند، همچنین در شرکت های با نوآوری پایین مسئولیت اجتماعی در واقع رضایت مشتریان را کاهش می دهد.
نیل، فیلو و فانک۹۸(۲۰۰۷) در تحقیقی تحت عنوان« بررسی رابطه بین نقش مسئولیت اجتماعی به عنوان میانجی بر انگیزه حضور هواداران، دلبستگی به رویداد و قصد خرید » انجام گرفت به این نتیجه رسیدند که مسئولیت اجتماعی به طور کامل بین انگیزه حضور هواداران و قصد خرید به عنوان یک میانجی عمل می کند؛ و به طور جزئی تاثیر بین دلبستگی به رویداد و قصد خرید را اندکی کاهش می دهد.
دیو و باتاچاریا۹۹ (۲۰۰۷) در تحقیقی با عنوان « بررسی پاداش های مربوط به مسئولیت اجتماعی : نقش مزیت رقابتی » به بررسی واکنش مشتریان به مسئولیت اجتماعی پرداختند. آنها دریافتند نگرش مثبت به مسئولیت اجتماعی سازمان در مشتریان باعث افزایش قصد خرید می شود. همچنین نتایج این تحقیقات نشان داد که همه فعالیت های مسئولیت اجتماعی برابر نیستند. همچنین نتایج نشان داد مشتریان با آگاهی بیشتر از مسئولیت اجتماعی، حمایت بیشتری از شرکت های مسئولیت پذیر نسبت به رقبایشان دارند.
سوان و کاپتیز۱۰۰ (۲۰۰۸) در تحقیقی تحت عنوان « تاثیر مسئولیت اجتماعی بر اطمینان مشتریان » به این نتیجه رسیدند که فعالیت های مسئولیت اجتماعی به صورت مستقیم و غیر مستقیم بر اطمینان مشتریان تاثیر مثبت دارد. همچنین نتایج تحقیق آنها نشان داد مسئولیت اجتماعی از طریق تاثیر بر کیفیت ادراک شده خدمات بر رضایت مشتریان تاثیر غیر مستقیم دارد.
آنلاور و روتکاناکیت۱۰۱ (۲۰۱۰) در تحقیقی با عنوان« بررسی تأثیر مسئولیت اجتماعی بر وفاداری مشتریان»اشاره کرد، نتایج این تحقیق نشان می دهد به میزانی که مشتریان از رفتار مسئولیت اجتماعی حمایت می کنند بر رضایت آنها تاثیر مثبت دارد.
گالبرث۱۰۲ (۲۰۱۰) در تحقیقی با عنوان «چگونه مسئولیت اجتماعی به سازمان ها سود می رساند؟» به بررسی سه مزیت بالقوه مسئولیت اجتماعی برای سازمان ها پرداخت. این مزیت ها عبارتند از: ۱) کاهش جابه جایی کارکنان ۲) افزایش رضایتمندی مشتریان ۳) افزایش خوشنامی سازمان. نتایج تحقیق نشان از این دارد که مسئولیت اجتماعی اخراج کارکنان را کاهش می دهد، رضایت مشتریان را افزایش می دهد، و تاثیر مثبت بر خوشنامی سازمان ها دارد.
سارتور و واکر۱۰۳(۲۰۱۱) در تحقیقی با عنوان« فرایند هویت سازمانی نقش مسئولیت اجتماعی، تصویر و هویت سازمانی چیست؟» که بر روی انجمن ملی مسابقه اتومبیل رانی انجام دادند به این نتیجه رسیدند که نقش مسئولیت اجتماعی بر مصرف رسانه ای تماشاگران مسابقات اتومبیل رانی تاثیر مثبت می گذارد.
۲- ۲۲- جمع بندی فصل دوم
در این فصل ابتدا به مبانی نظری که در ارتباط با متغیر های تحقیق می باشد اشاره شد و در ادامه به تحقیقاتی که در این موضوع در داخل و خارج از کشور انجام شده بود ارائه گردید.همان گونه که ملاحظه گردید بیشتر تحقیقات داخلی در این زمینه مربوط به تحقیقات غیر ورزشی بود و در نتیجه وجود خلأ پژوهشی در این زمینه در موضوع ورزشی احساس می شود. اما تحقیقات خارجی زیادی در این زمینه انجام شده است و همچنان ادامه دارد که بیشتر آنها نیز غیر ورزشی هستند. از جمله تحقیقاتی که در این زمینه انجام شده می توان به تحقیقات سارتور و واکر(۲۰۱۱)، آنلاور و روتکاناکیت (۲۰۱۰)، نیل، فیلو و فانک (۲۰۰۷)، لوی و باتاچاریا (۲۰۰۶)، موهر، وب و هاریس (۲۰۰۱)، گالبرث(۲۰۱۰)، دیو و همکاران(۲۰۰۷)، سوان و کاپتیز (۲۰۰۸)، اشاره کرد که اکثر این تحقیقات نشان داد که مسئولیت اجتماعی دارای پیامدهای مثبتی برای سازمان ها بود.

فصل سوم
روش شناسی تحقیق

۳-۱ – مقدمه
در این فصل نخست درمورد روش پژوهش و بعد در مورد جامعه آماری، روش نمونه گیری و ابزار های سنجش متغیرهای مسئولیت اجتماعی و رضایتمندی تماشاگران لیگ برتر فوتبال صحبت خواهد شد و در آخر روش تجزیه و تحلیل داده ها و روش اجرا بحث خواهد شد.

۳-۲ – روش تحقیق
روش اجرای این پژوهش، توصیفی و طرح پژوهش از نوع همبستگی می باشد و از نظر هدف کاربردی است.

۳-۳- جامعه آماری
جامعه آماری این پژوهش شامل کلیه تماشاگران باشگاه های استان تهران (استقلال، پرسپولیس، راه آهن، نفت) حاضر در لیگ برتر فوتبال در دوره چهاردهم لیگ برتر فوتبال ایران در سال (۱۳۹۳- ۱۳۹۴) و همچنین بنا بر نظر اساتید و متخصصین ۵۰ نفر از کارشناسان (اساتید دانشگاه با گرایش مدیریت ورزشی) به عنوان جامعه آماری انتخاب شدند. به خاطر تعداد زیاد تماشاگران حجم جامعه نامحدود در نظر گرفته شد.

با سیستم مدیریت ذینفعان کارآمد می توان
مسائل اخلاقی و اجتماعی را برطرف نمود و نیازهای جامعه و ذینفعان را نیز به موقع مورد توجه قرار داد(هاریسون و فریمن ، ۱۹۹۹) . کلارکسون (۱۹۹۵) عنوان نمود که بین مسئولیت هایی که در قبال جامعه وجود دارد و مسئولیت هایی که در قبال ذینفعان وجود دارد ، تفاوت هایی می توان قائل شد.
وی این دو مسئولیت را جدا از یکدیگر دانست و عنوان نمود که مسئولیت ها در قبال جامعه بیشتر در سازمان هاو شرکت های محلی و در راستای قانون مداری می باشد در حالی که مسئولیت در قبال ذینفعان قالبا خارج از حوزه قانون گذاران می باشد .
وی به صورت شفاف این موضوع را توضیح می دهد و به عنوان مثال ، مسائل مربوط به ایمنی و بهداشت صنعتی را دغدغه شهرداری ها در آمریکا عنوان می کند و لذا این مسائل مربوط به مسائل اجتماعی می باشد زیرا آنها دارای قوانین حقوقی می باشند در حالی که مسیر شغلی و آموزشی کارکنان هیچ پشتوانه حقوقی ندارد و لذا به عنوان مسئولیت اجتماعی در قبال ذینفعان (کارمندان) مطرح می باشد که برای سازمان می تواند حالت داوطلبانه داشته باشد( کلارکسون ، ۱۹۹۵).
۲-۷-۴- چارچوب لانتوس۴۲
یکی دیگر از مفهوم سازی ها و چارچوب های ارائه شده برای مسئولیت پذیری اجتماعی سازمان ها مربوط به لانتوس (۲۰۰۱)می باشد که قسمت های مسئولیت پذیری اجتماعی را در سه حوزه تقسیم بندی نمود.
• حوزه اول مسئولیت پذیری سازمان ها اخلاق است که شامل اقتصاد ، حقوق و اخلاق است.
• حوزه دوم مسئولیت پذیری سازمان هااختیاری (نوع دوستانه ) است که شامل فعالیت های فراتر از اخلاقیات صرف نظر از اینکه این فعالیت ها به سازمان سودی برساند یا خیر.
• حوزه سوم مسئولیت پذیری سازمان ها مربوط به استراتژیک است که به طور مثال شامل سود دهی سازمان به واسطه سیاست های مثبت و نیکوکارانه می باشد.

۲-۸- دیدگاه ها و نظرات رایج در مورد مسئولیت اجتماعی
۲-۸-۱- آلبرت کار۴۳ و دیدگاه به حداکثر رساندن سود
در سال ۱۹۹۹ توسط آلبرت کار در مقاله منحسر به فرد خود در مرکز مطالعات کسب و کار هاروارد تحت عنوان« آیا کسب و کار در مورد مسئولیت های اخلاقی بلوف می زنند» افراطی ترین موضع پیرامون CSR اقتصادی را اتخاذ کرد. کار می گوید که تنها هدف کسب و کار به دست آوردن سود است. او به دلیل گسترش رقابت ها و معاملات، کسب و کار کنندگان را افرادی می پنداشت که نسبت به دیگر افراد از معیار های اخلاقی پایینی برخوردار بودند. او بحث کرد که معیار های پایین اخلاقی باعث می شود تا مسائلی مانند اظهار نظر غلط و مخفی نگه داشتن حقایق در طی معاملات، دروغ گفتن در مورد سن در شرح حال نویسی و به طور خلاصه فریب دادن ها به وجود آید. وظایف یک مدیر به عنوان نماینده کار فرمایان، تعهدات اخلاقی دیگر آنها را تحت الشعاع قرار می دهد. تنها معیار البرت کار برای مسئولیت اجتماعی (فراتر از اقتصاد) رعایت قانون بود (به نقل از امیدوار، ۱۳۸۷).

۲-۸-۲) میلتون فریدمن۴۴ و دیدگاه به حداکثر رساندن سود معین
رایج ترین بحث پیرامون وضعیت سود دهی CSRتوسط میلتون فریدمن اقتصاددان نئوکلاسیک در دانشکده اقتصاد شیکاگو مطرح شد. آدام اسمیت۴۵ اولین کسی بود که از دیدگاه وی طرفداری کرد. فریدمن در مقاله مهمی تحت عنوان« مسئولیت اجتماعی در راستای افزایش سودها» آورده است؛ که »در یک اقتصاد آزاد فقط و فقط یک مسئولیت اجتماعی در مورد کسب و کار وجود دارد. آن مسئولیت این است که از منابع خود استفاده کند و در فعالیت هایی که منجر به افزایش سود می شود با رعایت قوانین بازی، شرکت کند، و در رقابت های باز و آزاد بدون کلاهبرداری و فریب کاری درگیر شود» یعنی با توجه به قانون و اصول اخلاقی عمل کند. او معتقد بود شرکت ها به صورت قانونی، اخلاقی ( بر خلاف دیدگاه کار ) صادقانه باید برای به حداکثر رساندن ارزش سهامداران تلاش کنند. او بر این باور بود که حل مشکلات اجتماعی بخشی از وظیفه دولت و نهاد های اجتماعی است و نه وظیفه کسب و کار. فریدمن مسئولیت اخلاقی و قانونی را برای کسب و کار پذیرفت، بنابراین طرح اولیه CSR اقتصادی او فراتر از مفهوم مطرح شده توسط آلبرت کار می رود که وظایف اخلاقی نسبتا گسترده ای را در برابر دیگر ذینفعان در بر می گرفت( همان منبع).
۲-۸-۳- ادوارد فریمن۴۶ و دیدگاه آگاهی اجتماعی و الگوی ذینفعی
چیزی که فریدمن را نسبت به آن بی اعتنا کرد این بود که تصمیمات کسب وکار در حوزه مسئولیت های اجتماعی و اخلاقی از بسیاری از جهات مردم، گروه ها و نهاد ها را را تحت تاثیر قرار می دهد و به همین صورت آن هم به نوبه خود تأثیراتی را روی عملکرد خوب آن سازمان می گذارد.
نظریه پردازان قرارداد های اجتماعی معتقداند که تصمیمات کسب وکاری اغلب شمار گسترده ای از افراد، گروه ها، نهاد ها و ذینفعان را تحت تأثیر قرار می دهد. این مدل ذینفعی واکنشی بود در برابر الگوی سهامداران فریدمن، که در آن هیچ کس جزء سهامداران مدعی کسب و کار نبودند. بنابراین به جزء سهامداران، ذینفعان دیگری نیز در شرکت سرمایه گذاری می کنند، کارکنان سرمایه فکری و وقت خود را سرمایه گذاری می کنند. مصرف کنندگان اعتماد خود را سرمایه گذاری می کنند، جوامع در کنار حمایت مالیاتی، امور زیربنایی و آموزشی برای کارکنان آینده فراهم می کند و غیره(همان منبع).

۲-۸-۴- کارول۴۷ و دیدگاه خدمات اجتماعی
این دیدگاه را که عمدا کارول بیان کرده است، بر این باور است که کسب و کار باید از منافع گسترده اش برای خدمت به جامعه است
فاده کند. این جامعه است که مسئولیت اقدامات بشردوستانه رابر عهده دارد و ملزم به اجرای تعهدات اخلاقی و قانونی است، از این رو نباید از شرکت ها انتظار داشت که به اندازه جامعه مسئولیت اخلاقی را بپذیرند. بنابراین شرکت ها مستقیما مسئول کسر بودجه های جامعه در امر بهسازی نیستند. با این حال فشار ها و انتظارات رو به افزایش در مورد CSR بشردوستانه وجود دارد، زیرا کاستی های موجود در نهاد های اجتماعی، خانواده ها، مذهب، سازمان ها، تحولات و هر چیز ی که به طور سنتی با اجتماع در ارتباط است را تحت تأثیر قرار می دهد. از این رو مردم بر این باورند که کسب و کار ها باید برای جبران کاستی ها کمک کند(همان منبع).
۲-۸-۵- پارتول و مارتین۴۸(۱۹۹۴)و مسئولیت اجتماعی
پارتول و مارتین در رابطه با مسئولیت اجتماعی سه دیدگاه مغایر با یکدیگر را در این زمینه مطرح کردند : دست نامرئی ، دست حکومت و دست مدیریت .
دست نامرئی : دست نامرئی یا دیدگاه کلاسیک مسئولیت اجتماعی صنفی ، توسط میلتون فریدمن از اقتصاددانان مکتب شیکاگو حمایت شده است . ریشه این نظریه به آدام اسمیت از اقتصادانان قرن هجدهم برمی گردد.
دیدگاه دست نامرئی می گوید که مسئولیت اجتماعی صنفی می تواند به عنوان سود بردن و اطاعت از قوانین خلاصه شود . بر اساس این نظریه ، هر صنفی باید تلاش کند تا در چارچوب قوانین بر سود خود بیافزاید. علاوه بر این ، فریدمن بحث می کند که فعالیت های خیر خواهانه به وسیله شرکت ها مسئولیت اجتماعی نیستند ، زیرا با چنین کمک هایی شرکت ها سهامداران را از اینکه چگونه منابع مالی شان را برای سود بیشتر تخصیص دهند باز می دارد( پارتول و مارتین ،۱۹۹۴ ).
دست حکومت : بر اساس دیدگاه مسئولیت اجتماعی از طریق دست حکومت ، نقش شرکت ها در محدوده قوانین و مقررات موجود ، سود آوری است . اما دیدگاه دست حکومت بحث می کند که منافع جامعه از طریق دست های تنظیم کننده قوانین و فرایندهای سیاسی که فعالیت های شرکت ها را هدایت می کنند ، تامین می شود. لذا بر تاثیرات و اقدامات نامطلوب کسب و کارها از طریق قوانین و مقررات و در صورت لزوم افزایش اختیارات سازمان های تنظیم کننده غلبه می شود .

نه دیدگاه دست نامرئی و نه نگرش دست حکومت تمایل ندارند که به رهبران شرکت ها در زمینه مسائل اجتماعی جای تفسیر و تعبیر بدهند( پارتول و مارتین ،۱۹۹۴ ).
دست مدیریت : دیدگاه دست مدیریت می گوید که از اصناف و مدیرانشان انتظار می رود به طریقی عمل کنند که رفاه جامعه را بهبود دهند و همچنین بر منافع اقتصادی بیفزایند( پارتول و مارتین ،۱۹۹۴ ).
۲-۸-۶- ستی۴۹ و مسئولیت اجتماعی
ستی یکی دیگر از صاحب نظران مسئولیت اجتماعی شرکت ها، سه رویکرد مدیریتی را برای اجرای مسئولیت اجتماعی در مورد شرکت ها ارائه می دهد و به گونه ای شرکت ها را بر اساس میزان مسئولیت پذیری دسته بندی می کند.
• رویکرد تعهد اجتماعی : کسب و کار را به عنوان دارا بودن اهداف عمدتا اقتصادی به شمار می آورند در واقع فعالیت های مسئولیت اجتماعی را عمدتا محدود به قوانین موجود می کنند.
• رویکرد مسئولیت اجتماعی : کسب و کار را به عنوان دارا بودن اهداف اجتماعی و اقتصادی به شمار می آورند و در واقع شامل تعهداتی می شود که مشکلات اجتماعی آینده را پیش بینی می کند.
• رویکرد حساسیت اجتماعی : به طور کلی سازمان ها و شرکت هایی که با این رویکرد سازماندهی شوند نسبت به شرکت هایی رویکرد تعهد مسئولیت اجتماعی و رویکرد مسئولیت اجتماعی سازماندهی می شوند از نظر اجتماعی حساس تر اند(به نقل از امیدوار، ۱۳۸۷).
۲-۸-۷- مدل مسئولیت اجتماعی دیویس۵۰ (۱۹۸۴)
یک مدل کلی مسئولیت اجتماعی توسط کیت دیویس ارائه شده است . دیویس پنج قضیه عمده را فهرست کرده و توضیح می دهد که چرا و چگونه سازمان ها باید متعهد باشند تا قداماتی را به عمل آورند که از رفاه جامعه و همچنین سازمان حمایت می کنند و آنها را بهبود می بخشند :
• مسئولیت اجتماعی از قدرت اجتماعی ناشی می شود. دیویس استدلال می کند که به لحاظ اینکه سازمان ها قدرت اثرگذاری بر جامعه را دارند لذا جامعه می تواند و باید آنها را برای شرایط اجتماعی که از اعمال این قدرت ناشی می شود ، مسئول بداند.
• سازمان ها باید به عنوان یک سیستم باز دوجانبه عمل کنند ، بدین معنی که برای دریافت داده ها از جامعه و برای افشای عملیاتش به عموم باز باشد . دیویس توجیه می کند که باید ارتباطات باز و صادقانه بین سازمان ها و نمایندگان جامعه برای حفظ یا تثبیت و بهبود رفاه عموم وجود داشته باشد.
• هزینه های اجتماعی و مزایای یک فعالیت ، محصول یا خدمت در صورتی که لازم است تداوم یابد ، باید در تصمیم گیری کاملا محاسبه شوند.
• هزینه های اجتماعی مربوط به هر فعالیت ، محصول یا خدمت باید به مشتری انتقال یابد . این ویژگی تاکید می کند که از کسب و کار نباید انتظار داشت که کاملا فعالیت هایی که ممکن است از نظر اجتماعی دارای مزایا باشند ، اما از نظر اقتصادی نفع چندانی نداشته باشند ، تامین مالی کند.
• نهاد های بازرگانی ( به مثابه شهروندان ) مسئولیت دارند تا در مسائل اجتماعی که خارج از حوزه عملیاتی معمول آنها است درگیر شوند. آخرین قضیه به این نکته اشاره دارد که اگر کسب و کار دارای تخصصی است که می تواند مسئله اجتماعی را حل کند باید مسئول شناخته شود و در حل مسئله اجتماعی مساعدت نماید(دیویس، ۱۹۸۴).
۲-۸-۸- کلارسون و توجه مسئولیت اجتماعی به ذینفعان
کلارسون بیان می دارد « هنوز نظریه ای جامع در مورد این موضوع
مهم تدوین نشده است تا بتواند ما را در جمع آوری نظام مند سازماندهی و تحلیل داده های مربوطه یاری کند». کلارسون استدلال می کند بهتر است از مدل ها و روش شناسی های بی فایده در خصوص مسئولیت اجتماعی شرکت ها دست کشیده و به نظریه ذینفعان توجه شود. نظریه ذینفعان از این استدلال استفاده می کند که علاوه بر سهامداران شرکت ، بسیاری از افراد و گروه های دیگر نیز در آن شرکت علایقی دارند و رفتار شرکت و نحوه راهبردی آن ، بر علایق آنها اثر می گذارد . بنابراین باید حقوق و علایق این طیف گسترده از ذینفعان در سیاست ها و رفتار شرکت دیده شود(به نقل از قاهری ، ۱۳۸۹).
۲-۸-۹- واتاو۵۱ و مفهوم مسئولیت اجتماعی
واتاو از صاحب نظران این عرصه می گوید : مسئولیت اجتماعی شرکت ها معانی مختلفی دارد ، اما همیشه برای همه افراد یکسان نیست . بعضی از آن، معنی تعهد یا مسئولیت قانونی را برداشت می کنند . برای دیگران این به معنی رفتار مسئولانه اجتماعی بر حسب رعایت مسائل