یکی از موضوعات ریاضی که بیش از سه قرن پیشینه دارد محاسبه های کسری است که میتوان آن را در کار های لیبنیز ، ریمن ، لیوویل ، گرونوالد ، و لتنیکوف نیز مشاهده کرد. با این وجود، این مبحث نتوانسته است در مدت های اخیر توجه زیادی را به خودش جلب کند، اما در سال های اخیر، به دلیل صحت بالای مدلسازی سیستم های فیزیکی با معادله های مرتبه ی کسری ، این سیستم ها دوباره در بسیاری از حوزه ها مانند فیزیک برای مدل سازی مورد استفاده قرار گرفته اند. همچنین در زمینه های مهندسی نیز بسیار کاربرد داشته است. در زمینه های میان رشته ای، سیستم های بسیار زیادی یافت شده است که میتوان آن ها را با معادله های کسری دیفرانسیل آن ها را نشان داد. به عنوان مثال، روند های الکتروشیمیایی، سیستم های ویسکوالاستیک، قطبیت دی الکتریک و موج های الکترومغناطیس ، و بعضی از سیستم های زیستی را میتوان در این دسته قرار داد. استفاده از امکانات نهان این محاسبه های کسری، برای بهبود عملکرد کنترل کننده های کلاسیک، یکی از جدید ترین امکانات این روش ریاضی میباشد.
یکی از پدیده هایی که به صورت مکرر در سیستم های غیر خطی مرتبه ی کسری دیده می شود پدیده های آشوبی میباشد. این سیستم های آشوبی یکی از طبقه های غالب سیستم های غیر خطی میباشند، که ویژکی های مختلفی دارند، مانند حساسیت پدیده به شرایط اولیه ی سیستم، جذب کننده های آشوبی، و حرکات فراکتال. مطالعه ی سیستم های آشوبی با مرتبه ی کسری یکی از جالب ترین حوزه های تحقیقاتی است. تا اکنون، محققان دینامیک غیر خطی مرتبه های کسری را در بسیاری از سیستم های آشوبی بررسی کرده اند، مانند سیستم های مرتبه کسری لورنز ، سیستم های روسلر مرتبه ی کسری، سیستم های مرتبه ی کسری چن ، سیستم های مرتبه کسری لو و سیستم های مرتبه کسری جنسیو – تسی و بعضی دیگر از سیستم های آشوبی. یکی ز جالب ترین زمینه ها در علوم غیر خطی که به صورت جامع در دهه های اخیر مورد بررسی قرار گرفته است کنترل شرایط آشوبی و همزمان سازی میباشد. ازین رو، بسیاری از روند های کنترل مانند کنترل حالت لغزشی ( SMC) ، کنترل خطی ، کنترل تطبیقی ، کنترل پسگام ، کنترل فعال، کنترل لغزشی حالت فازی، کنترل لغزشی تطبیقی ، و بعضی دیگر از روش ها به صورت موفق برای کنترل حالت های آشوبی و همزمان سازی مورد استفاده قرار گرفته است. روش های پس گام یک روش بازگشتی است که برای طراحی کنترل نوع خاصی از سیستم های دینامیک غیر خطی با استفاده از تابع های لیاپانوف به صورت موفق به روش سیستمی، طراحی شده است و میتواند پایداری سراسری با ردگیری خوب و عملکرد حالت گذار برای بیشتر سیستم های فیدبک دقیق پیشنهاد شده است. ازین رو، این موضوع یکی از روش های مهم و قوی برای سیستم های غیر خطی شده است. تکنیک های کنترل با حالت لغزش به عنوان یک برنامه ی قوی شناخته شده است تا بتوان کنترلی قوی برای سیستم های خطی و غیر خطی در سال های اخیر ، شناخته شود. برتری های محسوس SMC ، قوت آن نسبت به عدم قطعیت پارامتر ها و استحکام آن نسبت به اغتشاش های خارجی وجود دارد. این کنترل کننده یک روند قوی برای کنترل سیستم های دینامیک غیر خطی میباشد به خصوص برای سیستم های غیر قطعی. این موضوع به صورت گسترده مورد تحقیق قرار گرفته است و به دلیل عدم حساسیت نسبت به تغییر پارامتر های سیستم، اغتشاش های خارجی، پاسخ های گذرا و دینامیک سریع خوب بسیار کاربرد پیدا کرده است و برای استفاده در سیستم های مسئله های آشوبی بسیار مناسب است. در طرح های کنترلی ، برای اجرای یک سطح سوییچ مناسب و تضمین پایداری سیستم های SMC، یک تخمین خوب از کران های عدم قطعیت، شامل دینامیک غیر قطعی، تغییر پارامتر ها، و اغتشاش خارجی باید در خروجی طراحی وجود داشته باشد. ازین رو، در حالت عملی، این چنین کران هایی را نمیتوان به سادگی تخمین زد، بعضی از برنامه های ملاحظه کار کنترلی نیز در دسترس هستند تا باید برای پایداری سیستم حلقه بسته، اعمال شود.
به دلیل توانایی تخمین سراسری سیستم های فازی و شبکه های عصبی ، از این روش ها در مسئله های کنترل آشوبی به صورت گسترده استفاده شده است. اخیرا، توانایی های یادگیری شبکه های عصبی برای تحقق طراحی سیستم های فازی به عنوان یکی از قوی ترین روش ها شناسایی شده است. شبکه های عصبی فازی ( NFN) شامل معیار های یادگیری سطح پایین و توان محاسباتی شبکه های عصبی ، و یادگیری مانند انسان و منطق یابی نظریه ی فازی میباشد. اما، در شرایط پیچیده، که پارامتر های دستگاه سوژه ای به اغتشاش ها هستند و یا زمانی که دینامیک سیستم برای مدل های ریاضی و توصیف آن بسیار پیچیده باشند، طرح های تطبیقی باید به صورت آنلاین داده ها را جمع آوری کند و پارامتر های کنترلی را به صورت خودکار تنظیم کند.
اخیرا، بسیاری از نتایج محسوس با استفاده از تکنیک های هوشمند کنترل تطبیقی ترکیبی برای سیستم های آشوبی غیر قطعی به دست آمده است. برای سیستم های مرتبه ی کسری، این ایده تا حدی توسط نویسنده های مختلف در مقالات توسعه یافته است. به عنوان مثال در مرجع شماره ی 54 ، سیستم های مرتبه ی جزیی لیو از طریق روش حالت لغزشی مرتبه ی کسری با استفاده از سیستم های فازی کنترل میشود. در مرجع شماره ی 55 ، روش کنترل لغزشی فازی تطبیقی برای همزمان سازی سیستم های آشوبی مرتبه کسری غیر قطعی مورد استفاده قرار گرفته است که در این روش یک ترکیب لیاپانوف برای تنظیم کردن پارامتر های آزاد کنترل کننده ی فازی تطبیقی به صورت آنلاین توسط قانون کنترل فیدبک خروجی و قانون تطبیقی ، پیشنهاد شده است. همزمان سازی سیستم های آشوبی مرتبه ی کسری غیر قطعی از طریق کنترل حالت لغزشی فازی تطبیقی با وقفه ی زمانی نوع 2 در مرجع 56 در نظر گرفته شده است تا بتوان سطح بالایی از عدم قطعیت را که در سیستم های آشوبی مرتبه ی کسری دینامیک پیش روی کنترل کننده های منطقی فازی وجود دارد تا حل کند، مانند عدم قطعیت های موجود در ورودی FLC ها، عدم قطعیت در خروجی کنترل کننده، عدم قطعیت زبانی و عدم قطعیت موجود در داده های تمرینی نویز دار. در مرجع شماره ی 57 ، یک کنترل کننده ی حالت لغزشی تطبیقی فازی طراحی شد تا دو سیستم آشوبی مرتبه کسری با تاخیر زمانی را با هم هماهنگ کند که در این سیستم ها، سیستم های منطقی فازی با تاخیر زمانی تطبیقی ایجاد شده است تا تابع های نا مشخص مرتبه کسری با تاخیر زمانی را تخمین بزند. در مرجع شماره ی 58 ، طراحی کنترل کننده ی حالت لغزشی موجک های فازی تطبیقی برای سیستم های غیر خطی تطبیقی مورد مطالعه قرار گرفت تا طبقه ای از سیستم هایی با غیر خطی بودن بالا بررسی شود در حالی که ساختار این سیستم نا مشخص بود و دانش اولیه نسبت به عدم قطعیت در دسترس نبود. طرح پیشنهاد شده برای ایجاد شرایط معادل کنترل و یک کنترل کننده ی انتگرالی تناسبی ( API) برای اجرای شرایط سوییچ استفاده شده است تا بتوان ورودی کنترلی روانی را ایجاد کرد. در تلاش بعدی همین تی تلاش کرد تا سیستم های آشوبی آرنئودو و سیستم پاسخ آن را با تابع های غیر خطی نامشخص همزمان کنند. بر اساس روش پس گام، یک طرح کنترلی تطبیقی فازی با ترکیب سیستم منطقی فازی با پارامتر های آن ارائه شد تا بتوان همزمان سازی را به دست آورد. در مرجع شماره ی 60 ، یک کنترل کننده ی هوشمند تطبیقی مرتبه ی کسری بر اساس روش های کنترلی فعال طراحی شده است که در آن، کران های نامشخص عدم قطعیت فشرده از طریق یک تخمین زننده ی تطبیقی عصبی فازی ، تخمین زده شده است.
در این مقاله، برای ترکیب کردن ظرفیت های کنترل پس گام و کنترل حالت لغزشی، یک کنترل کننده ی حالت لغزشی پسگام هوشمند تطبیقی برای پایدار سازی سیستم های مرتبه کسری آشوبی در زمان محدود پیشنهاد شده است. این کنترل کننده ی عصبی فازی هوشمند برای تخمین زدن تابع های نامشخص استفاده شده است. استفاده از کنترل کننده های کمکی نیز برای بهبود سرعت و عملکرد سیستم پیشنهاد شده ی کنترلی استفاده شده است تا بتوان عدم قطعیت ها را کاهش داده، اغتشاش خارجی و خطای تخمین را کم کرد. این سه عامل به صورت نامشخص کران دار هستند و ازین رو، این کنترل کننده از قدرت طراحی های تطبیقی استفاده میکند. در طراحی قانون کنترل، پارامتر های شبکه ی عصبی فازی و تخمین زننده های کران های عدم قطعیت، تخمین زننده ی کران های اغتشاش های خارجی و خطای تخمین، بر اساس یک طرح تطبیقی تنظیم میشود. پایداری جانبی این کنترل کننده بر اساس نظریه ی لیاپانوف و زمان محدود برای سطح لغزش نیز اثبات شده است. نتایج نشان دهنده ی پایداری لیاپانوف در سیستم حلقه بسته ، قدرت نسبت به عدم قطعیت، اغتشاش های خارجی و تخمین خطا میباشد در حالی که سیگنال های این کنترل همچنان کران دار میباشد.
بقیه ی این مقاله نیز به صورت زیر سازمان یافته است : در بخش 2 ، تعاریف و بعضی از اصول اولیه ی محاسبه های کسری نیز معرفی میشود. بخش 3 نیز نشان دهنده ی مدل های دینامیک سیستم های آشوبی مرتبه کسری است که در این مقاله استفاده شده است و در بخش 4 توصیفی از ساختار شبکه های عصبی فازی ارائه شده است. توصیف های مسئله در بخش 5 توصیف شده است. شبیه سازی های عددی نیز نشان دهنده ی اعتبار و کارایی کنترل کننده های طراحی شده میباشد که در بخش 6 ارائه شده است. در نهایت، جمع بندی نیز در بخش 7 ارائه شده است.