\documentclass[12pt,a4paper]{report}
\usepackage{xcolor}
\usepackage{graphicx}
\usepackage{fixltx2e}
\usepackage{amsmath,amssymb,mathtools}
\usepackage{MnSymbol}
\usepackage{hyperref}
\usepackage{caption}
\usepackage{subcaption}
\usepackage{float}
\usepackage{ulem}
\usepackage{multirow}
\usepackage{pgfplots}
\usepackage{natbib}
\usepackage[localise = on]{xepersian}

\DeclareGraphicsExtensions{.pdf,.png,.jpg}
\settextfont{XB Zar}
\setdigitfont{XB Zar}
\definecolor{a}{RGB}{84,109,204}
\defpersianfont\myfont{IranNastaliq}
\newcommand{\myhyperref}[2]{\hyperref[#1]{#2\ref*{#1}}}
\hyphenation{MATLAB}
\linespread{1.5}



\begin{document}
\begin{center}
\LARGE
بسم الله الرحمن الرحیم\\[40 pt]


\includegraphics[width =4cm,natwidth=210,natheight=210]{picture.png }\\
\large
\textcolor{a}{\myfont{واحدقزوین}}
 \\[ 35 pt]
\textbf{گزارش اولیه}
\\[35pt]
استاد :\\[10pt]
\textbf{دکتر حمید قدیری}
\\[35pt]
تهیه و تنظیم :\\[10pt]
\textbf{علیرضا محمدی}
\\[65pt]
\textbf{تابستان97}

\end{center}
\newpage
\tableofcontents
\listoffigures


\newpage
\section{پیشگفتار}
سیستم هدایت خودکار شامل سیستم های ردیاب\footnote{Tracker}، کنترل موقعیت ،جستوجوگر\footnote{Seeker} و نشانه رو برای هدایت و کنترل در امر هوانوردی،فضانوردی و نیز هدایت موشک ها و کشتی ها و زیر دریایی ها بکار می روند . عموماً این سامانه ها لازم است که یک جزء بعنوان مثال یک دوربین با وجود حرکت بدنه سامانه به یک سمت ثابت و با یک سمت مشخص اشاره کند. برای این کار حسگر ردیاب بر روی یک صفحه خاص تحت عنوان صفحه پایدار قرار میگیرد. این صفحه نسبت به حرکات بدنه سامانه  میتواند با یک یا دو درجه آزادی(در دو محور ارتفاع\footnote{Pitch} و سمت\footnote{Yaw}) حرکت کند که این امر توسط یک سیستم قاب بندی خاص به نام گیمبال\footnote{Gimbal}انجام می گیرد.\\
ابتدا باید  با نحوه عملکرد و ساختار مکانیکی گیمبال دو درجه آزادی  آشنا شویم و هم چنین مدلسازیجامع از سیستم ردیاب با در نظر گرفتن ترم های اغتشاشی موجود مورد مطالعه قرار گیرد .\\
موضوع پایدار سازی و کنترل یک گیمبال دو درجه آزادی است.مدل مربوط به این گیمبال درفصل سوم       \cite{BenchMark}         آمده است.سپس کنترل کننده های PID ، فازی و ساختار متغیر یا مد لغزشی برای این مدل پیاده سازی شده و در پایان با ارائه نتایج شبیه سازی مقایسه جامعی بین عملکرد کنترل کننده های طراحی شده با یکدیگر صورت می پذیرد و در نهایت بهترین کنترل کننده از لحاظ عملکرد و تضمین پایداری انتخاب می گردد.               
\newpage
\section{تعیین ساختار و نوع کنترل}
جهت هدایت و کنترل یک سیستم ردیاب در راستای محور های سمت و ارتفاع لازم است در هر کدام از محور ها از دوحلقه کنترل به نام های حلقه ردیاب و حلقه پایدارساز استفاده نمود. بدین صورت که در حلقه ردیاب در ابتدا سیستم پردازش تصویر بر اساس تصاویر بدست آمده از هدف بوسیله ی سنسور ردیاب که بر روی محور داخلی گیمبال نصب شده است میزان انحراف هدف را از مرکز میدان دید سنسور ردیاب  مشخص خواهد نمود .سپس کنترل کننده موجود در این حلقه می بایست سرعت زاویه مطلوب را برای صفر نمودن این انحراف ایجاد نماید .حلقه پایدار ساز نیز که نسبت به حلقه ردیاب داخلی می باشد سعی مینماید با ایجاد گشتاور مرجع برای سیستم درایو، سرعت های زاویه ایی خروجی را به سرعت زاویه ایی مرجع رسانده و محور سنسور ردیاب را در برابر اغتشاشات داخلی و خارجی پایدار نماید. بنابراین وجود حلقه حلقه کنترلی سومی جهت کنترل گشتاور سیستم درایو از طریق تنظیم ولتاژ ورودی آن نیز لازم می باشد،حلقه های کنترلی فوق به ترتیب در   \myhyperref{pic.1}{شکل}زیر به خوبی  نشان داده شده اند.\\
\begin{figure}[H]
\centering
\includegraphics[width =10cm]{control.png}
\caption{بلوک دیاگرام ساختار کنترل در سیستم ردیاب} 
\label{pic.1} 
\end{figure}
]
بنابراین جهت هدایت و کنترل یک سیستم ردیاب می بایست در هر کدام از محور های ارتفاع و سمت از سه کنترل کننده ردیاب ،  پایدار سازو کنترل کننده گشتاور جهت سیستم درایو استفاده نمود .
\newpage
\setcounter{footnote}{0
}\section{انواع کنترل کننده}
مهمترین مسئله پس از تعیین ساختار کنترل کننده ،مسئله انتخاب نوع کنترل کننده هاست.تعیین نوع کنترل کننده در حلقه ردیاب نسبت به حلقه های پایدارساز و کنترل گشتاور از اهمیت کمتری برخوردار است زیرا همان طور که گفنه شد این کنترل کننده می بایست با توجه به خطای زاویه میزان سرعت زاویه ایی مرجع را ایجاد نماید .بنابراین میتوان از کنترل کننده های کلاسیک مثل \uline{PID}در این حلقه کنترلی استفاده نمود .\\
در مقابل انتخاب کنترل کننده های حلقه های پایدارساز و کنترل گشتاور می بایست با دقت بیشتر و با توجه به ویژگی های خاص سیستم ردیاب و بر اساس ماموریت انتخاب شده برای آن انجام گیرد.\\
با توجه به مدل ارائه شده برای سیستم دیده می شود که یک رابطه ی غیر خطی\footnote{Nonlinear Control}بین زاویه ی گردش بازوی موتور گشتاور ساز و زاویه ی قاب داخلی(خروجی سیستم) وجود دارد که باعث غیرخطی شدن معادلات حرکت سیستم ردیاب می گردد.بنابراین برای طراحی کنترل کننده دو روش وجود دارد. روش اول خطی سازی سیستم  و طراحی کنترل کننده حول نقطه کار آن و روش دوم طراحی کنترل کننده غیر خطی است .\\
روش اول با توجه به خطی سازی سیستم مورد بررسی و هم چنبین بعلت خطای عملکرد سیستم و عدم دقت کنترل کننده طراحی شده در نواحی دور از نقطه کار سیستم چندان مناسب نمی باشد . از طرفی با توجه به اغتشاش های خارجی وارده به سیستم و عدم قطعیت در برخی از پارامتر های سیستم مانند ضریب اصطحکاک و ضرائب کشندگی کابل ، هم چنین ترم های غیر خطی آن  و برخی از پارامترهای موتور به نظر می رسد که کنترل کننده های غیر خطی هم چون کنترل کننده های فازی و کنترل کننده های مد لغزشی با توجه به خاصیت مقاوم بودن این روشها در برابر تغییرات پارامتر های سیستم و هم چنین اغتشاشات خارجی گزینه های خوبی برای کنترل سیستم ردیاب باشند . با این وجود کنترل کننده های فوق هر کدام دارای معایبی نیز می باشند به عنوان مثال در کنترل کننده های مد لغزشی پدیده چترینگ\footnote{Chattering} بوجود می آید. و در کنترل کننده های فازی مسئله تضمین پایداری سیستم از آن جمله اند. \\
هدف اصلی هدایت ، کنترل و پایداری یک سیستم گیمبال دو درجه آزادی بکار رفته در یک سیستم ردیاب دریایی بود .با توجه به سامانه ی انتخاب شده برای سیستم ردیاب کلیه ی ترم های اغتشاشی موجود شامل ضرایب خطی و غیز خطی اصطحکاک ، بازدارندگی کابل ، نا تعادلی جرم و هم چنین ترم های اغتشاشی مربوط به حرکت بدنه ربات  در این مدلسازی لحاظ گردید و یک مدل جامع و کامل برای سیستم ردیاب مورد نظر در هر کدام از محور های ارتفاع و سمت برر اساس معادلات حرکت بدست آورده شد .\\
روابط بدست آمده  و نتایج شبیه سازی این سیستم بدون اعمال کنترل کننده نشان می دهد که دو دسته ترم های اغتشاشی ناشی از کوپلینگ بین محوری و حرکت بذنه ردیاب به شدت عملکرد سیستم را تحت تاثیر قرار خواهند داد .\\
 از طرفی نشان داده شد که بهره حلقه محور سمت از دو جهت وابسته به زاویه محور ارتفاع خواهد بود که این امر مسئله طراحی کنترل کننده را در این محور بسیار دشوار خواهد نمود .\\
در ابتدا کنترل کننده ی \uline{PID} به منظور نشاد دادن برتری های کنترل کننده های انتخاب شده فوق در مقایسه با کنترل کننده های کلاسیک و با توجه به مدل ارائه شده برای سیستم ردیاب مورد نظر طراحی شد .\\
برای رفع مشکل کنترل کننده \uline{PID} ،کنترل کننده فازی جهت خدایت و پایدارسازی سیستم ردیاب طراحی شد در این قسمت طراحی کنترل کننده فازی در دو مرحله انجام گرفت .مرحله نخست مجموعه های فازی بصورت گوسی و یکنواخت در بازه های مشخص شده توزیع شدند و هم چنین یک سری قوانین فازی که بر اساس دانش و تجربه در کنترل کننده های نوع \uline{PD}بدست آمده بودند  در کنترل کننده فازی  در نطر گرفته شدند اما بعلت حساسیت بسیار شدید کنترل کننده های فازی نوع \uline{PD} متوالی، پاسخ ورودی های سیستم به شدت نوسانی خواهند بود در مرحله ی دوم جهت بهبود عملکرد کنترل کننده های فازی و کاهش حساسیت آن ها یک سری فیلتر های پائین گذر در خروجی هر کنترل کننده فازی قرار داده شد .و هم چنین قوانین و ضرائب مقیاس بندی بصورت بهینه بوسیله ی الگوریتم ژنتیک بدست آورده شدند.\\
نتلیج بدست آمده در این مرحله تقریباً نتایج قابل قبولی را در محور ارتفاع بویژه در محور سمت در مقایسه با کنترل کننده های کلاسیک نشان می دهد.اما همانطور که گفته شد عملکرد کنترل کننده های فازی به شدت وابسته به انتخاب مجموعه های فازی بهینه و پایگاه قوانین فازی می باشد . از طرفی مکانیزم یا روش استنتاج و بدست آوردن پایگاه قوانین فازی بر اساس تجربه و دانش انسانی مشکل است . لذا مشکل عمده کنترل کننده های فازی ،  تعیین پارامتر های مختلفی است که جهت تنظیم وجود دارند. در واقع تنوع وسیع در انتخاب پارامترهای این کنترل کننده ،کار تعیین بهینه را برای طراح سخت و دشوار می نماید.\\

با توجه به خاصیت مقاوم بودن روش کنترل مد لغزشی در برابر تغییرات پارامتر های سیستم و هم چنین اغتشاشات خارجی این کنترل کننده نیز در سه مرحله شامل موارد زیر جهت هدایت و کنترل سیستم ردیاب در حلقه های پایدار ساز و کنترل گشتاور طراحی گردید.
\begin{itemize}

\item
روش کلاسیک مد لغزشی
\item
اعمال روش های حذف چترینگ شامل در نظر گرفتن لایه مرزی با استفاده از توابع سیگموید و کنترل کننده لغزشی-فازی 
\item 
ارائه یک روش بهبود یافته با استفاده از تابع نمائی در قسمت گسسته سیگنال کنترل جهت افزایش مقاومت و کران پایداری در کنترل کننده مد لغزشی که تضمین پایداری آن به روش مستقیم لیاپانوف به اثبات رسید.\\[45pt]

\end{itemize}

\textbf{
نتایج شبیه سازی در این قسمت به خوبی مبین برتری مد لغزشی با قانون کنترل بهبود یافته می باشد .}
\newpage
\section{پیشنهادات}
\begin{enumerate}
\item
استفاده از کنترل کننده های خود تنظیم و خودکار
\item
استفاده از کنترل کننده لغزشی-فازی خود تنطیم
\item
فراهم آوردن شرایط ایده آل در عمل گاهی بسیار مشکل می باشد و یا می توان گفت ناممکن است در سیستم های پایدار شده با سیستم قاب بندی گیمبال دو درجه آزادی فرض تعامد کامل قاب ها در عمل بسیار مشکل است . لذا در ادامه برای در نظر گرفتن این نکته می توان طراحی را با در نظر گرفتن مقداری عدم تعامد و بررسی تاثیر آن بر عملکرد سیستم ردیاب انجام داد.
\item
در نظر گرفتن  موتور القائی در سیستم درایو ردیاب جهت داشتن سرعت و گشتاور بیشتر که این مسئله نیازمند طراحی کنترل کننده برداری برای کنترل گشتاور و سرعت سیستم درایو خواهد بود.
\item
استفاده از کنترل کننده \uline{$H\infty$} یا\uline{QFT} برای کنترل پایداری سیستم ردیاب
\item
با استفاده از روش هایی مانند شبکه عصبی و یا کنترل تطبیقی در محاسبه پارامتر های کنترل کننده مد لغزشی
\item
همچنین از آن جایی که ممکن است اندازه گیری سرعت های زاویه ایی بوسیله ی جایرو های نرخی با سرعت و دقت کافی صورت نگبرد می توان از طریق طراحی تخمین زن حالت غیرخطی،سرعت های زاویه ایی فوق را بصورت دقیق تر و با خطای کمتری محاسبه نمود .


\end{enumerate}
\newpage
\section{روش های کنترلی دیگری که در این حوزه کار شده است}
\begin{itemize}
\item
پایدار سازی گیمبال دو درجه آزادی با استفاده از کنترلر\uline{LQR/LTR}
\item
کنترل کننده ی \uline{PID} با الگوریتم \uline{PSO} برای کنترل موقعیت دوربین یک کوادکوپتر با استفاده از گیمبال دو درجه آزادی
\item
کنترل و طزاحی گیمبال دو درجه آزادی بصورت  زمان نامحدود با رویکرد\uline{LMI}
\item
کنترل مقاوم و مدلسازی یک پلتفرم دو درجه آزادی
\item
پایدار سازی  یک گیمبال دو درجه آزادی با استفاده از \uline{PID}خود تنظیم با کنترل کننده نوع فازی
\item
کنترل پلتفرم دو درجه آزادی با روش\uline{$H\infty$}
\item
\lr{An embedded system design for a two-Axis camera platform control used inunmanned aerial vehicles}
\end{itemize}
\bibliographystyle{plain-fa}
\bibliography{Mybib}

\end{document}