رویکردها و چالش‌های مدیریت اغتشاش‌ها در طراحی کنترل‌کننده – علیرضا محمودی فرد

بر طبق گزارش فرا اقتصاد بین الملل، یکی از مشکلات طراحی کنترل‌کننده در سیستم‌های واقعی پیچیده، بحث ورود اغتشاشات به سیستم است که روی عملکرد سیستم، تاثیر منفی می‌گذارد و طراحی کنترل‌گر را دشوار می‌کند.

مقدمه

مدیریت اغتشاش‌ها در سیستم‌های کنترلی یک موضوع حیاتی است که تأثیر زیادی بر پایداری و کارایی سیستم‌ها دارد. اغتشاش‌ها می‌توانند به‌صورت داخلی (مانند تغییرات پارامترها) یا خارجی (مانند اختلالات محیطی)، به سیستم اعمال شوند و ممکن است تأثیرات منفی بر عملکرد کنترل‌کننده‌ها داشته باشند. این یادداشت به بررسی روش‌های مدیریت اغتشاش‌ها در طراحی کنترل‌کننده‌ها، چالش‌ها و رویکردهای مختلف می‌پردازد.

تعریف و انواع اغتشاش‌ها

اغتشاش، به هر نوع تغییر غیرمنتظره در شرایط سیستم اطلاق می‌شود که می‌تواند منجر به اختلال در عملکرد بهینه سیستم گردد. اغتشاش‌ها معمولاً به دو دسته تقسیم می‌شوند:

اغتشاشات داخلی: این نوع اغتشاشات، ناشی از تغییرات در پارامترهای سیستم یا عدم قطعیت در مدل‌های ریاضی هستند (Hwang et al., 2019).

اغتشاشات خارجی: این نوع اغتشاشات، ناشی از تغییرات محیطی یا اختلالات غیرقابل پیش‌بینی هستند که بر عملکرد سیستم تأثیر می‌گذارند (Chung et al., 2020).

روش‌های مدیریت اغتشاش‌ها

برای مدیریت و کنترل اثرات اغتشاش‌ها، از چندین رویکرد استفاده می‌شود که برخی از آن‌ها به شرح زیر است:

کنترل‌کننده‌های تطبیقی: این کنترل‌کننده‌ها به‌طور پویا با تغییرات در مشخصات سیستم و شرایط اغتشاش سازگار می‌شوند؛ آن‌ها با استفاده از الگوریتم‌های تطبیقی می‌توانند به‌خوبی در برابر اغتشاش‌ها عمل کنند (Ávila et al., 2021).

کنترل‌کننده‌های مقاوم: این دسته از کنترل‌کننده‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که برای تغییرات ناگهانی و غیرمنتظره مقاوم باشند. اصولاً کنترل‌کننده‌های مقاوم با استفاده از نظریه‌ای به‌نام نظریه پایداری فاز یا تئوری پایداری لیاپانوف (Lyapunov Stability Theory) طراحی می‌شوند (Haddad & Chellaboina, 2008).

کنترل‌کننده‌های فیدبک غیرخطی: این نوع کنترل‌کننده‌ها، قابلیت مدل‌سازی رفتار غیرخطی سیستم‌ها را داشته و می‌توانند به‌طور بهینه برای سیستم‌هایی که تحت‌تأثیر اغتشاشات خارجی هستند، عمل کنند (Levine, 2017).

استفاده از یادگیری ماشین: الگوریتم‌های یادگیری ماشین می‌توانند برای شناسایی الگوهای اغتشاش و طراحی سیستم‌های کنترلی هوشمند استفاده شوند. این رویکرد می‌تواند به بهبود دقت و کارایی سیستم کمک کند (Zhao et al., 2020).

چالش‌ها در مدیریت اغتشاش‌ها

مدیریت اغتشاش‌ها در طراحی کنترل‌کننده‌ها با چالش‌های مختلفی روبرو است، همچون:

عدم قطعیت در مدل‌سازی: بسیاری از سیستم‌ها دارای رفتارهای پیچیده و غیرقابل پیش‌بینی هستند که به‌سختی می‌توان آن‌ها را مدل‌سازی کرد (Jiang et al., 2018).

محدودیت‌های زمان واقعی: طراحی کنترل‌کننده‌ها برای عملکرد در زمان واقعی در حضور اغتشاش‌ها یکی از چالش‌های اصلی است. بسیاری از روش‌ها نیاز به محاسبات پیچیده دارند که می‌تواند باعث تأخیر در عملکرد کنترل‌کننده شود (Taghizadeh & Marzband, 2020).

محیط‌های متغیر: ورود به محیط‌های متغیر و پایدار مملو از اغتشاش‌ها می‌تواند تأثیرات شگرفی بر کنترل‌کننده‌ها داشته باشد و طراحی و پیاده‌سازی آن‌ها را دشوار کند (Shen et al., 2019).

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

مدیریت اغتشاش‌ها در طراحی کنترل‌کننده‌ها یکی از چالش‌های اساسی در مهندسی کنترل است. با استفاده از روش‌های تطبیقی، مقاوم و هوش مصنوعی، می‌توان به بهبود عملکرد سیستم‌های کنترلی کمک کرد؛ با این حال، برای رسیدن به مطابقت کامل با سیستم‌های پیچیده و متغیر، همچنان نیاز به تحقیقات بیشتری وجود دارد.

تبیین: علیرضا محمودی فرد – کارشناس ارشد مهندسی کنترل و محقق در زمینه کنترل سیستم‌ها