Extremum-Seeking Control and Applications: A Numerical Optimization-Based Approach

کنترل جستجوی افراط، حداکثر یا حداقل متغیری را در یک تابع عملکرد مانند خروجی یا هزینه دنبال می‌کند. تلاش می کند تا عملکرد بهینه یک سیستم کنترل را در حین کار تعیین کند و در نتیجه زمان خرابی و نیاز به تجزیه و تحلیل سیستم را کاهش دهد. کنترل و برنامه های کاربردی افراطی به دو بخش تقسیم می شود. در مرحله اول، نویسندگان کنترل‌های جستجوی افراطی مبتنی بر بهینه‌سازی آنالوگ را شامل طرح‌های کنترل مبتنی بر گرادیان، اغتشاش و حالت لغزشی بررسی می‌کنند. آنها سپس یک کنترل جستجوی افراطی مبتنی بر بهینه‌سازی عددی جدید را بر اساس الگوریتم‌های بهینه‌سازی و تنظیم وضعیت پیشنهاد می‌کنند. این طراحی کنترلی برای سیستم‌های خطی ساده و ثابت با زمان توسعه داده شده است و سپس برای یک کلاس از سیستم‌های غیرخطی قابل خطی‌سازی بازخورد توسعه یافته است. دو الگوریتم اصلی بهینه سازی - روش های جستجوی خط و منطقه اعتماد - برای استحکام تجزیه و تحلیل می شوند. تنظیم‌کننده‌های حالت زمان محدود و مجانبی به ترتیب برای سیستم‌های خطی و غیرخطی ارائه شده‌اند. انعطاف‌پذیری بیشتر طراحی با استفاده از نتایج استحکام الگوریتم‌های بهینه‌سازی و تنظیم‌کننده حالت مجانبی به دست می‌آید که توسط آن می‌توان تکنیک‌های کنترل تطبیقی ​​غیرخطی موجود را برای طراحی قوی معرفی کرد. روش مورد استفاده آسان‌تر برای پیاده‌سازی است و نسبت به روش‌هایی که از کنترل جستجوی افراطی مبتنی بر اغتشاش استفاده می‌کنند قوی‌تر است. بخش دوم کتاب به انواع کاربردهای کنترل جستجوی افراطی می پردازد: مطالعه تطبیقی ​​طرح های کنترل جستجوی افراطی در طراحی سیستم ترمز ضد قفل. جستجوی منبع، کنترل شکل‌گیری، برخورد و اجتناب از مانع برای گروه‌های عوامل مستقل. شبکه های راداری سیار; و تطبیق امپدانس کد MATLAB®/Simulink® که می‌تواند از www.springer.com/ISBN دانلود شود به خوانندگان کمک می‌کند تا نتایج ارائه‌شده در متن را بازتولید کنند و به آن‌ها شروعی برای پیاده‌سازی الگوریتم‌ها در برنامه‌های کاربردی خود می‌دهد. برنامه‌های کنترل و برنامه‌های افراطی، دانشگاهیان و دانشجویان فارغ‌التحصیل که در زمینه کنترل کار می‌کنند، و متخصصان صنعتی در زمینه‌های مختلف: سیستم‌ها، خودروسازی، هوافضا، ارتباطات، نیمه‌رساناها و مهندسی شیمی، علاقه‌مند خواهند شد.

Extremum-seeking control tracks a varying maximum or minimum in a performance function such as output or cost. It attempts to determine the optimal performance of a control system as it operates, thereby reducing downtime and the need for system analysis. Extremum-seeking Control and Applications is divided into two parts. In the first, the authors review existing analog-optimization-based extremum-seeking control including gradient-, perturbation- and sliding-mode-based control designs. They then propose a novel numerical-optimization-based extremum-seeking control based on optimization algorithms and state regulation. This control design is developed for simple linear time-invariant systems and then extended for a class of feedback linearizable nonlinear systems. The two main optimization algorithms – line search and trust region methods – are analyzed for robustness. Finite-time and asymptotic state regulators are put forward for linear and nonlinear systems respectively. Further design flexibility is achieved using the robustness results of the optimization algorithms and the asymptotic state regulator by which existing nonlinear adaptive control techniques can be introduced for robust design. The approach used is easier to implement and tends to be more robust than those that use perturbation-based extremum-seeking control. The second part of the book deals with a variety of applications of extremum-seeking control: a comparative study of extremum-seeking control schemes in antilock braking system design; source seeking, formation control, collision and obstacle avoidance for groups of autonomous agents; mobile radar networks; and impedance matching. MATLAB®/Simulink® code which can be downloaded from www.springer.com/ISBN helps readers to reproduce the results presented in the text and gives them a head start for implementing the algorithms in their own applications. Extremum-seeking Control and Applications will interest academics and graduate students working in control, and industrial practitioners from a variety of backgrounds: systems, automotive, aerospace, communications, semiconductor and chemical engineering.