Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Mojiri foroshani
محسن مجیری فروشانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Amir Asadi
امیر اسدی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Nonholonomic Source Localization in the Presence of Sensor Delay using Extremum Seeking Control
Localization with autonomous agents in the form of single agent or multi agent is one of the active research fields in control. Localization with autonomous agents has been commonly used by location finder. Since the utilization of these instruments in circumstances such as under water, caves and urban environments, is not feasible and further the navigation system is too costly, the source localization control of autonomous agent in order to arrive at a specific point without GPS has been considered in last decades. In the source localization issue without location finder, it is assumed that the agent is in the domain of a signal field. The distribution of the signal field is unknown, however the intensity of signal decreases as agent gets away from the source. The only available information to control the agent has been received from the sensor located on the agent. The aim of agent is seeking the maximum value, therefore, extremum seeking control is an appropriate method to solve the source localization problem. Extremum seeking control is a real-time non-model based method for optimization of a nonlinear map. Recently, source localization with first order integrator agent, second order integrator agent and non-holonomic agents using extremum seeking control have been studied. Also, compensation of constant and known delay with arbitrary value in the actuator path and/or measurement system of a nonlinear map to be optimized has been considered. In this research, a predictor has been proposed to adjust the forward and angular velocity of a nonholonomic agent in the presence of sensor delay. The design of this predictor has been done using the high pass filter in the extremum seeking loop. To analyze the stability of the system in the presence of predictor, singular perturbation theory is exploited. Using the singular perturbation theory, separately turns the system into fast and slow time scales. The stability analysis of the slow system, i.e. the agent dynamics, is carried out using averaging thoerem. To analyze the stability of the fast system, i.e. the predictor dynamics, the root locus method is used. To reap the benefit of the singular perturbation theory in the stability analysis, a low pass filter is employed in the predictor structure. In the end, the validity of theoretical results has been analyzed through computer simulation. Moreover, the ability of proposed predictor in compensating the uncertain delay and variable time delay has been investigated with the help of computer simulation. Keywords: Extremum seeking Control, Localization, Nonholonomic agent, Delay, Predictor.
مکان‌یابی با عامل‌های خودکار به صورت تکی یا چندعاملی یکی از حوزه‌های تحقیقاتی فعال در کنترل است. مکان‌یابی عامل‌های خودکار عموماً به کمک دستگاه‌های مکان‌یاب انجام می‌شود. از آنجا که استفاده از دستگاه‌های مکان‌یاب در محیط‌هایی مانند زیر آب و یخ امکان‌پذیر نیست و هزینه استفاده از سیستم‌های ناوبری اینرسی زیاد است، مسأله کنترل عامل‌های خودکار برای رسیدن به یک نقطه مشخص بدون سیستم مکان‌یاب در دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در مسأله مکان‌یابی منبع بدون دستگاه مکان‌یاب، فرض می‌شود که عامل در میدان یک سیگنال قرار دارد. چگونگی توزیع میدان مشخص نیست اما شدت میدان با دور شدن از منبع کاهش می‌یابد. تنها اطلاعات در دسترس برای کنترل‌ عامل، اطلاعات به ‌دست آمده از نصب یک حسگر بر روی عامل است. با توجه به اینکه هدف عامل پیدا کردن موقعیت متناظر با بیشینه شدت سیگنال است، کنترل اکسترمم‌یاب ابزاری مناسب برای حل مسأله مکان‌یابی منبع است. کنترل اکسترمم‌یاب یک روش بهینه‌سازی غیر مبتنی بر مدل است که به‌عنوان یک روش مکان‌یابی در دو دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته است. ساختار اکسترمم‌یاب گرادیانی و کران‌دار، از ساختارهای پایه ارائه ‌شده برای کنترل اکسترمم‌یاب هستند. دینامیک عامل در مسأله مکان‌یابی حائز اهمیت است. در سال‌های اخیر مکان‌یابی منبع با عامل‌های انتگرال‌گیر مرتبه اول، مرتبه دوم و عامل ‌غیرهولونومیک مورد مطالعه قرار گرفته است. به ‌طور معمول در طرح‌هایی که برای مکان‌یابی عامل غیرهولونومیک با کنترل اکسترمم‌یاب ارائه شده‌اند، از یک سیگنال تحریک دائم استفاده می‌شود. اخیراً روشی پیشنهاد شده است که در آن مکان‌یابی عامل غیرهولونومیک بدون سیگنال تحریک دائم انجام ‌شده است و این کار سبب بهبود عملکرد عامل شده است. در سال‌های اخیر جبران سازی تأخیر ثابت و معلوم با مقداری دلخواه، در ورودی نگاشت استاتیکی و دینامیکی در ساختارهای کنترل اکسترمم‌یاب مورد توجه قرار گرفته است. همچنین جبران سازی تأخیر در عامل انتگرال‌گیر مرتبه اول انجام شده است. سیگنال‌های تحریک برای تخمین گرادیان و هسیان نگاشت و پیش‌بین برای جبران سازی تأخیر، طراحی شده است. در این پایان‌نامه برای تنظیم سرعت‌‌های انتقالی و زاویه‌ای عامل غیرهولونومیک در حضور تأخیر حسگر، یک پیش‌بین پیشنهاد شده است. طراحی این ‌ پیش‌بین با استفاده از فیلتر بالاگذر موجود در کنترل اکسترمم‌یاب انجام شده است. ویژگی پیش‌بین پیشنهادی آن است که طراحی آن مستقل از ماتریس هسیان نگاشت است. برای تحلیل پایداری سیستم در حضور پیش‌بین قضیه آشفتگی تکین به کار گرفته شده است. با استفاده از قضیه آشفتگی تکین سیستم به دو مقیاس زمانی سریع و کند تبدیل می‌شود. تحلیل پایداری سیستم کند که همان دینامیک عامل است، با قضیه معدل‌گیری انجام شده است. برای تحلیل پایداری سیستم سریع که همان دینامیک پیش‌بین است، از مکان هندسی ریشه‌ها استفاده شده است. برای بهره‌گیری از قضیه آشفتگی تکین در تحلیل پایداری، از یک فیلتر پایین‌گذر در ساختار پیش‌بین استفاده شده است. در پایان به بررسی صحت نتایج نظری با شبیه‌سازی کامپیوتری پرداخته شده است. همچنین میزان توانایی پیش‌بین پیشنهادی در جبران تأخیر نامعین و تأخیر متغیر با زمان به کمک شبیه‌سازی کامپیوتری بررسی شده است. کلمات کلیدی: کنترل ‌اکسترمم‌یاب، مکان‌یابی، عامل ‌غیرهولونومیک، تأخیر، فیدبک پیش‌بین

ارتقاء امنیت وب با وف بومی