افق‌های نو در مهندسی کنترل

نوع مقاله: مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استاد دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران

2 دانشجوی دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران

3 دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران

چکیده

علم کنترل یکی از لایه‌های پنهان کیفیت و کارایی محصولات دنیای فناوری و دستاورد‌های عالم مهندسی است. اگر بتوان گفت که مهندسی استفاده از ریاضیات در جهان واقع است، آن‌گاه کنترل یکی از پلهای ارتباط بین دنیای مهندسی و عالم ریاضیات خواهد بود. هر اندازه استفاده از علم کنترل در زمینه‌های مختلف کاربردی گسترش یابد، نیاز به ابزار‌ها و روشهای جدید از ریاضیات افزایش می‌یابد. اگر بخواهیم افقی برای مهندسی کنترل ترسیم کنیم، هم باید به کاربردهای‌ جدید در زمان حال و کاربردهای متصور در آینده توجه کنیم و هم به ابزارهای‌ ریاضی برای حل مسائل حال و آینده. در این مقاله پس از معرفی برخی از کاربردهای جدید در حوزه​ مهندسی کنترل، چند مسئله با تأمل بیشتری بررسی شده‌اند: مسئله ناحیه جذب در سیستم​های دینامیکی غیرخطی علی‌رغم سابقه زیاد همچنان دارای چالشهای زیاد نظری و کاربردهای فراوان عملی است و ابزارهای مختلفی برای حل آن به‌کار گرفته شده‌ است. برخی تقریبهای کارا برای حل این مسئله به اختصار بررسی شده است.  مدلهای بیولوژیکی از دیدگاه سیستم دینامیکی خصوصیاتی دارند که آنها را از مدلهای مرسوم در نظریه کنترل متمایز می‌کند. با استفاده از نظریه سیستم‌های یکنوا می​توان رفتار یک سیستم پیچیده را با توجه به مشخصه کیفی اتصالات مؤلفه‌های سیستم به همراه مقدار اندکی اطلاعات کمّی تحلیل کرد. توصیف بسیاری از پدیده‌های بیولوژیکی از کاربردهای این دسته از سیستم‌هاست. نوسانگرهای نرونی به‌منظور تولید اطلاعات زیستی و تولید فعالیتهای منظم و ریتم‌دار نیاز به همزمان‌شدن دارند. در مقابل، گاهی همزمان ‌شدن می‌تواند نقش مخربی داشته باشد. در بیماریهایی مانند پارکینسون راهبرد درمانی مبتنی بر فرو نشاندن همزمانی نامطلوب است. در دیدگاه مهندسی، کنترل‌کننده فعالیت جمعیت نورون را به عنوان ورودی می‌گیرد و فرمان کنترلی مناسب را برای ناهمزمانی تولید می‌کند. در نهایت، این فرمان به جمعیت نرونها اعمال می‌شود. دانش کنترل می​تواند برای درمان اختلالات مرتبط با روحیه و رفتار انسان مد نظر قرار گیرد. در خصوص بررسی مدلهای دینامیکی توصیف کننده روحیات انسان مدلهای تعمیم​یافته مبتنی بر حسابان مرتبه ناصحیح عملکرد بهتری برای مطالعه سامانمند روحیات انسان دارد. این تعمیم به نوعی مدلسازی حافظه را امکان پذیر می‌سازد. با استفاده از روشهای کنترل بهینه برای سیستم​های دینامیکی مرتبه ناصحیح می‌توان الگویی برای درمان ارائه کرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

New horizons in control engineering

نویسندگان [English]

  • Mohamad Javad Yazdanpanah 1
  • Aboalfazl Yaghmaei 2
  • Hamed Aghahi 3
  • Gazal Montaseri 3
  • Sepehraldin Tabatabaei 3
  • Alaleh Vafaei 3
1 Professor,School of Electrical and Computer Engineering, University of Tehran
2 PhD. Student, School of Electrical and Computer Engineering, University of Tehran
3 PhD. Student, School of Electrical and Computer Engineering, University of Tehran
چکیده [English]

In this paper, after a review on some novel applications in control engineering, a few of them are discussed in detail such as domain of attraction, monotone systems, desynchronization of coupled oscillators, and human emotion describing models. In spite of the long history of research on domain of attraction and wide range applications, until now there has been no general analytic method for the determination of domain of attraction. Improvement in analytic or approximate methods in this regard is substantial and is the subject of the first part of the paper. To date, monotone systems have been studied only from the analysis viewpoint, and control design approaches for such dynamical systems have not been considerably remarked. Control design may be so valuable in practice for nonlinear monotone systems with a little known dynamic information. The third part is dedicated to the desynchronization of coupled oscillators. Although the synchronization of different neurons plays an important role in biological information processing and rhythmical activity, several neurological diseases (e.g., essential tremor and Parkinson's disease) are related to pathologically enhanced synchronization of bursting neurons. Therefore, designing a controller to suppress the collective synchrony seems crucial. The last discussion illustrates the novel model’s abilities to describe emotional manners of human beings and effect of memory on them. When the advantages of non-integer order models are obtained, control methods are deputized for treatment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nonlinear systems
  • domain of attraction
  • monotone systems
  • desynchronization of coupled neuronal ensemble
  • fractional order calculus
  • human emotion dynamics