SUPERVISOR
Mohsen Mojiri foroshani,Mohammad ali Ghadiri modarres
محسن مجیری فروشانی (استاد راهنما) محمدعلی قدیری مدرس (استاد مشاور)
STUDENT
Milad Ghaneh
میلاد قانع
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Source Localization via Nonholonomic Agent with Bounded Angular Velocity Based on Extremum Seeking Contro
Source localization problem with autonomous agents in the form of single-agent or multi-agent is one of the active research fields in control. Source localization with the autonomous agents commonly has been done by processing of data that is obtained from localization equipments. Because of inacessebility to the localization equipments' data in circumstances such as under water, ice and furthermore the big-budget of inertial navigation systems, source localization problem without using of localization equipment had been one of the considerable cases in the recent decades. In the source localization problem without localization equipments, it is assumed that the agent is in a signal's field neighbor and that is used for seeking signal's source. The distribution of the signal's field is unknown, however the intensity of the signal decreases as gets away from the source.The only available data to control the agent is the data that has been received from the online-measuring of the signal's field by a sensor, which is located on the autonomous agent. Notes that the main purpose of agent is seeking a location corresponded to the maximum signal's value, extremum seeking control as an non-model based optimizatio is a suitable tool for source localization problem.In the recent years source localization with the first-order integrator, second-order integrator and non-holonomic agents has been studied. The non-holonomic agent is cotrolled by tuning of its forward and angular velocities. The unsuitable performance of the non-holonomic agents in the transient and steady states is because of applying permanent excitation signals in their localizatio schemes. Recently a new scheme for source localization by non-holonomic agent is proposed in which permanent excitation signals arenot applied in it that causes improving its performance in transient and steady states. In this scheme, one of the angular or forward velocities of the nonholonomic agent is being fixed at a constant value and the other one is controlled by suitable filtering of its output value. By assuming a quadratic distribution of a signal's field, exponential stability of this scheme is proved based on averaging theory. Angular and forward velocities of the agent in this scheme are being controlled without a specified bound. In this thesis, this scheme is being modified such that the angular velocity of the agent has a specified and tunable bound. by this means, its angular velocity control law being normalized suitably. Using the normalizer formation make stability analisi too complicated and impossible for applying averaging theory. Therefore, stability analisis of the modified scheme has been done by Lie brackets and singular perturbations theory. In this case, global uniform practical asymptotical stability (SPUAS) of the proposed source localization scheme in 2-D and 3-D with any kind of the distribution of a signal's field ( not necessarily quadratic ) is being proved by two theorems. Computer simulatio confirm the accuracy of theoretical results. Also, these simulations shows the robust performance of the normalized angular velocity control law against changes and uncertainties of the parameters of the signal's field distribution map. 1- Source localization, 2- Extremum seeking control, 3- Nonholonomic agent, 4- Practical Stability, 5- Bounded angular velocity
مساله مکانیابی منبع با عاملهای خودکار بهصورت تکی یا چند تایی یک حوزهی تحقیقاتی فعال در کنترل است. مکانیابی منبع توسط این عاملها عموماً با پردازش اطلاعات بهدست آمده از دستگاههای مکانیاب انجام میشود. به دلیل عدم دسترسی به اطلاعات سیستم مکانیابی جهانی در مکانهایی مانند زیر آب، یخ و همچنین هزینه بالای سیستمهای ناوبری اینرسی، مساله مکانیابی منبع بدون استفاده از دستگاههای مکانیاب یکی از موضوعات مورد توجه در دهه اخیر بوده است. در مساله مکانیابی منبع بدون استفاده از دستگاه مکانیاب، فرض میشود که عامل در یک میدان سیگنال قرار دارد و از آن برای یافتن منبع سیگنال استفاده میشود. چگونگی توزیع منبع سیگنال مشخص نیست اما فرض میشود شدت سیگنال با دور شدن از منبع کاهش یابد. تنها اطلاعات در دسترس برای کنترل عامل، اطلاعات بهدست آمده از اندازهگیری بهنگام مقدار سیگنال است که با نصب یک حسگر مناسب روی عامل خودکار بهدست میآید. با توجه به اینکه هدف عامل پیدا کردن موقعیت متناظر با بیشینه مقدار سیگنال است، کنترل اکسترممیاب بهعنوان یک ساختار بهینهسازی غیر مبتنی برمدل، ابزار مناسبی برای مساله مکانیابی منبع است. در سالهای اخیر مکانیابی منبع در صفحه و فضا با عاملهای انتگرالگیر مرتبه اول، مرتبه دوم و غیرهولونومیک مورد مطالعه قرار گرفته است. هدایت عامل غیرهولونومیک با تنظیم سرعت انتقالی و سرعت زاویه ای آن انجام میپذیرد. عملکرد نامطلوب عاملهای غیرهولونومیک در حالتهای گذرا و ماندگار، به دلیل استفاده از سیگنالهای تحریک دائم در طرحهای مکانیابی آنها است. اخیراً، یک روش برای مکانیابی منبع در صفحه و فضا توسط عامل غیرهولونومیک پیشنهاد شدهاست که در آن از سیگنال تحریک دائم استفاده نمیشود که سبب بهبود عملکرد عامل در حالتهای گذرا و ماندگار شدهاست. در این روش، یکی از سرعتهای زاویهای یا انتقالی عامل غیرهولونومیک ثابت نگه داشته میشود و سرعت دیگر با فیلتر کردن مناسب مقدار خروجی حسگر کنترل میشود. پایداری نمایی این روش با فرض توزیع مربعی برای منبع سیگنال با استفاده از قضیه معدلگیری اثبات شدهاست. سرعتهای زاویهای و انتقالی عامل در این روش بدون کران مشخصی کنترل میشوند. در این تحقیق، این روش به گونهای اصلاح میشود که سرعت زاویهای عامل دارای کران مشخص و قابل تنظیم است. برای این منظور، قانون تنظیم سرعت زاویهای به شکل مناسبی نرمالسازی میشود. استفاده از عامل نرمال ساز تحلیل پایداری را با استفاده از قضیه معدلگیری، مشکل و حتی غیرممکن می سازد. بنابراین تحلیل پایداری روش اصلاحشده با استفاده از قضیه براکت لی آشفتگیهای تکین انجام شدهاست. در این صورت پایداری مجانبی یکنواخت سراسری عملی روشهای مکانیابی پیشنهادی در صفحه و فضا با فرض توزیع دلخواه (نه لزوماً مربعی) منبع سیگنال با ارائه دو قضیه اثبات شدهاست. شبیهسازیهای کامپیوتری موید نتایج نظری و تحلیلی بدست آمده است. همچنین این شبیهسازیها عملکرد مقاوم قانون تنظیم نرمال شده سرعت زاویهای نسبت به تغییرات و عدم قطعیتهای پارامترهای نگاشت توزیع منبع سیگنال را نشان میدهند. کلیدواژه های فارسی : 1- مکانیابی منبع 2- کنترل اکسترممیاب 3- عامل غیرهولونومیک 4- پایداری عملی 5- سرعت زاویهای کراندار