دانشگاه تربیت مدرسمهندسی مکانیک مدرس2476-690926420260321Observer-Based Robust Disturbance Rejection for a Van der Pol Gyroscope Modelدفع اغتشاش مقاوم همراه با مشاهدهگر یک مدل وندرپل ژیروسکوپ2332402811310.48311/mme.2026.118321.82912FAسید علی رضاحسینیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایرانمحمد حسننجارنصبدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران0009-0003-4021-9082حسنسالاریهدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران0000-0002-0604-5731آریاالستیدانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایرانJournal Article20251221This paper addresses the robust control of a solid-state wave gyroscope (SSWG), modeled as a 2D Van der Pol oscillator. The objective is to achieve precise trajectory tracking in the presence of external disturbances and with reliance on estimated velocities. The performance of two sliding mode control (SMC) strategies using a high-gain observer (HGO) to estimate unmeasurable states is investigated and compared: a first-order Integral SMC (I-SMC) and a second-order Terminal Super-Twisting SMC (T-ST-SMC).<br><br>Simulation results demonstrate that while the I-SMC achieves tracking with laudable large disturbance rejection, it suffers from chattering in the control signal. In contrast, the T-ST-SMC provides a superior response by effectively mitigating chattering, yielding a smooth control action, enhanced error convergence, and greater robustness. Quantitative analysis reveals that the T-ST-SMC improves tracking accuracy by 46.5% and reduces control signal chattering by 39% compared to the I-SMC. A notable advantage of the T-ST-SMC is the elimination of the need to predefine an upper bound for disturbances.<br><br>The study concludes that the second-order T-ST-SMC offers a superior solution for the robust control of this SSWG model. It is demonstrated that the proposed feedback structure provides disturbance rejection under the condition of a defined, nonzero quadrature. As zero quadrature renders the control scheme flawed, the paper posits that for practical implementation, this control logic should be active when extreme quadrature values are present, and switching to an alternative quadrature suppression scheme when it approaches zero.این پژوهش به مسئله کنترل مقاوم ژیروسکوپ موجی حالت جامد (SSWG) که به عنوان یک نوسانگر وندرپل دوبعدی مدلسازی شده، پرداخت. هدف، ردیابی دقیق در حضور اغتشاشات خارجی و با اتکا بر سرعتهای تخمینی است. عملکرد دو کنترل مود لغزشی (SMC) شامل مرتبه اول انتگرالی (I-SMC) و مرتبه دوم ترمینال سوپر-توئیستینگ (T-ST-SMC) با استفاده از یک مشاهدهگر بهره بالا (HGO) جهت تخمین حالتهای اندازهگیری نشده مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که اگرچه روش I-SMC ردیابی را با دفع مقبول اغتشاشات بزرگ محقق ساخت، اما سیگنال کنترلی آن با چترینگ مواجه است. در مقابل، روش T-ST-SMC با تضعیف مؤثر چترینگ، پاسخ مطلوبتری ارائه داد که منجر به عملکرد کنترلی نرم، نرخ همگرایی خطای بالاتر و مقاومت به اغتشاش بیشتر شد. تحلیل کمی نشان داد که T-ST-SMC در مقایسه با I-SMC، دقت ردیابی را به میزان ۴۶.۵ درصد بهبود بخشیده و چترینگ سیگنال کنترلی را ۳۹ درصد کاهش داده است. یکی از مزایای برجسته T-ST-SMC، بینیازی از تعیین پیشین حد بالای اغتشاشات است. مشاهده شد که کنترلکننده مرتبه دوم T-ST-SMC راهکار مطلوبتری جهت کنترل مقاوم این مدل ژیروسکوپ فراهم آورده است. نشانداده شد که ساختار فیدبک پیشنهادی، دفع اغتشاش را در حالت وجود مقادیر مشخص و غیرصفر کوادرچر فراهم کرده است. با توجه به اینکه صفر شدن کوادرچر منجر به نقص در طرح کنترلی میگردد، پیشنهاد میشود که در عمل، این منطق کنترلی در زمان بروز مقادیر بحرانی کوادرچر فعال شده و با نزدیک شدن آن به صفر، سیستم به یک راهبرد جایگزین جهت تضعیف آن سوییچ کند.https://mme.modares.ac.ir/article_28113_854b68b3c6c3e69b52672108c5a99010.pdfدانشگاه تربیت مدرسمهندسی مکانیک مدرس2476-690926420260321Reinforcement Learning and Sliding Mode Hybrid Controller for an Enhanced Inverted Pendulum on Cart Systemکنترلکننده هیبریدی یادگیری تقویتی و مد لغزشی برای سیستم بهبودیافته آونگ معکوس بروی گاری2412512793210.48311/mme.2025.117163.82870FAعلیجلالیپژوهشکده سیستمهای کنترل هوشمند، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایراننویدمحمدیپژوهشکده سیستمهای کنترل هوشمند، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران0009-0008-4207-3781مرتضیطایفیپژوهشکده سیستمهای کنترل هوشمند، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران0000-0002-2773-2493Journal Article20251020This paper presents a comprehensive control study of an inverted pendulum on cart system enhanced with torsional spring-damper dynamics and cart damping. A Linear Quadratic Regulator (LQR) was designed using a linearized model, while Model Predictive Control (MPC) and Reinforcement Learning (RL) controllers were augmented with Monte Carlo simulations to evaluate robustness and sensitivity. Results demonstrated comparable performance among all methods in linear regimes, with stabilization times under 20 seconds and overshoot variation of 3%. To address nonlinear dynamics, a hybrid SMC-RL strategy was developed, reducing settling time and improving capability of maintaining stability under nonlinear behavior and large initial angles to 120-150°. The proposed SMC-RL framework achieved a success rate in stabilizing the system from diverse initial conditions, significantly outperforming standalone controllers in transient response and adaptability. System stability was formally verified through Lyapunov analysis and empirically confirmed by Monte Carlo simulations, which demonstrated consistent performance with minimal standard deviation across 80 randomized trials.<span dir="RTL" lang="AR-SA">این مقاله به ارائه یک مطالعه جامع در زمینه کنترل آونگ معکوس روی گاری میپردازد که با افزودن دینامیک فنر-دمپر پیچشی و دمپر گاری بهبود یافته است. برای این منظور، یک تنظیمکننده بهینه مرتبه دوم (<span>LQR</span>) با استفاده از مدل خطیسازیشده طراحی شد. همچنین کنترلکنندههای پیشبین مدل (<span>MPC</span>) و یادگیری تقویتی (<span>RL</span>) با شبیهسازیهای مونتکارلویی ترکیب شدند تا مقاومت و حساسیت سیستم ارزیابی گردد. نتایج در ناحیه خطی عملکرد قابل مقایسهای را بین تمام روشها نشان دادند که در آن زمان نشست زیر </span><span dir="RTL" lang="FA">۲۰</span><span dir="RTL" lang="AR-SA"> ثانیه و تغییرات فراجهش در حدود </span><span dir="RTL" lang="FA">3%</span><span dir="RTL" lang="AR-SA"> ثبت شد. به منظور مقابله با دینامیکهای غیرخطی، یک راهبرد کنترلی هیبریدی مد لغزشی-یادگیری تقویتی (<span>SMC-RL</span></span><span dir="RTL" lang="AR-SA">) توسعه یافت که منجر به کاهش زمان نشست و بهبود چشمگیر قابلیت حفظ پایداری در شرایط رفتار غیرخطی و زوایای اولیه بزرگ تا </span><span dir="RTL" lang="FA">۱۵۰-۱۲۰</span><span dir="RTL" lang="AR-SA"> درجه گردید. چارچوب پیشنهادی </span><span>SMC-RL</span><span dir="RTL" lang="AR-SA"> نرخ موفقیت بالایی در پایدارسازی سیستم از شرایط اولیه گوناگون به دست آورد و به طور معناداری در پاسخ گذرا و پایداری، از کنترلگرهای منفرد پیشی گرفت. پایداری سیستم از طریق معیار لیاپانوف تأیید و به صورت تجربی توسط شبیهسازیهای مونتکارلو اثبات شد؛ بهگونهای که عملکردی پایدار با حداقل انحراف معیار در </span><span dir="RTL" lang="FA">۸۰</span><span dir="RTL" lang="AR-SA"> آزمون تصادفی را نشان داد.</span>https://mme.modares.ac.ir/article_27932_27927ee9b8151647f19545c0fe8e78ab.pdfدانشگاه تربیت مدرسمهندسی مکانیک مدرس2476-690926420260321Multi-Objective Optimization of a Vanadium Chloride Thermochemical Cycle Integrated with Solar Power Plant for Hydrogen Productionبهینهسازی چندهدفه چرخه ترموشیمیایی وانادیوم کلرید یکپارچه با نیروگاه خورشیدی برای تولید هیدروژن2532592798610.48311/mme.2025.96890.0FAمرتضیترقیگروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.احسانیزدیگروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.مهدیمقیمیگروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران.Journal Article20250715Global warming and climate change, primarily driven by greenhouse gas emissions, present significant global challenges. Addressing these issues requires substantial reductions in greenhouse gas emissions. This study provides a technical and economic evaluation of hydrogen production from solar energy, utilizing a proton exchange membrane (PEM) electrolyzer and the vanadium chloride (V-Cl) thermochemical cycle. The solar power tower unit supplies the necessary energy to drive a cascaded Organic Rankine Cycle (CORC) for power generation, as well as a thermochemical hydrogen production unit, enabling the cogeneration of electricity and hydrogen. All power generated by the CORC is directed to the PEM electrolyzer for hydrogen production, resulting in dual hydrogen production capabilities within the system. Feasibility assessments are conducted using thermodynamic principles and exergy-based analyses, while economic evaluations gauge the system’s performance. Moreover, multi-objective optimization is employed to determine the optimal operational conditions of the system. At the optimal point, the system achieves a hydrogen production rate of 125.029 kg/h, an energy efficiency of 39.66%, and an overall cycle cost rate of 120.937 $/h.گرمایش جهانی و تغییرات اقلیمی که عمدتاً ناشی از انتشار گازهای گلخانهای هستند، چالشهای جهانی قابلتوجهی را بهوجود آوردهاند. مقابله با این مسائل نیازمند کاهش چشمگیر در میزان انتشار این گازها است. این مطالعه به ارزیابی فنی و اقتصادی تولید هیدروژن از انرژی خورشیدی میپردازد که در آن از الکترولایزر غشای تبادل پروتون (PEM) و چرخه ترموشیمیایی وانادیوم کلرید (V-Cl) استفاده شده است. واحد برج خورشیدی انرژی لازم را برای راهاندازی چرخه رانکین آلی آبشاری (CORC) بهمنظور تولید برق و نیز یک واحد ترموشیمیایی برای تولید هیدروژن فراهم میکند، که امکان همزمانی تولید برق و هیدروژن را فراهم میسازد. تمام برق تولیدشده توسط CORC به الکترولایزر PEM برای تولید هیدروژن اختصاص مییابد و در نتیجه، سیستم دارای قابلیت دوگانه تولید هیدروژن است. ارزیابیهای امکانسنجی بر اساس اصول ترمودینامیکی و تحلیلهای اگزرژیمحور انجام میشوند، در حالی که ارزیابیهای اقتصادی عملکرد سیستم را اندازهگیری میکنند. همچنین، از بهینهسازی چندهدفه برای تعیین شرایط عملیاتی بهینه سیستم استفاده شده است. در نقطه بهینه، سیستم به نرخ تولید هیدروژن 125.029 کیلوگرم در ساعت، بازده انرژی 39.66 درصد، و نرخ هزینه کلی چرخه برابر با 120.937 دلار در ساعت دست مییابد.<br><br> https://mme.modares.ac.ir/article_27986_266ccd524fac6a04a9212d5456462a55.pdfدانشگاه تربیت مدرسمهندسی مکانیک مدرس2476-690926420260321Design, Control, and Experimental Evaluation of a Lightweight Active Knee–Ankle–Foot Orthosis with Adjustable Knee Motion for Mobility Assistance After Spinal Cord Injuryطراحی، کنترل و ارزیابی عملی ارتز فعال زانو با الگوی حرکتی قابل تنظیم جهت کمک به افراد دچار آسیب نخاعی2612692813410.48311/mme.2026.118299.82908FAسهندحسینپور ملکوتیگروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایرانسجادازگلیگروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایرانJournal Article20251216For individuals with spinal cord injury (SCI) who walk with conventional knee–ankle–foot orthoses (KAFOs), locked knees and compensatory trunk and upper-limb motions can limit gait efficiency. This study presents a lightweight active KAFO that provides powered knee assistance while still being used like a conventional KAFO. The device integrates a backdrivable knee actuator within a two-level control architecture: a high-level controller, comprising a finite state machine and a parametric trajectory generator that computes the knee reference from user-selected step height and speed, and a low-level position-based impedance controller tracks this trajectory. Step height and speed can be adjusted in real time via an on-board touchscreen interface, and a ramp-based timing strategy allows smooth changes in gait cycle duration over roughly a two-fold range. A pilot case study was conducted on a single adult with chronic incomplete SCI who walks with KAFOs and a walker. Two configurations were compared: his usual conventional KAFO set-up and one with the proposed active KAFO. Clinical outcome measures included the 10m walking test (10MWT), the 6 min walking test (6MWT) and end-of-test heart rate. With the active KAFO, the participant achieved a higher 10MWT walking speed than with his conventional KAFOs, whereas no clear difference was observed in 6MWT distance and heart rate responses remained in a similar range. These preliminary results suggest that an active KAFO with an adjustable knee trajectory and on-board tuning of gait parameters may offer a feasible intermediate option between conventional KAFOs and full lower-limb exoskeletons.در افراد آسیب نخاعی که برای راه رفتن از ارتزهای سنتی استفاده میکنند، قفل بودن زانو باعث فاصله گرفتن الگوی حرکتی از حالت طبیعی شده و این امر باعث کاهش راندمان و افزایش خستگی در فرد میگردد. برای حل این مشکل، در این پژوهش یک ارتز فعالِ سبک با عملگر الکتریکی فشرده در مفصل زانو معرفی شده است. راهبرد کنترل این ارتز بهصورت سلسلهمراتبی و دو سطحی است. به اینصورت که در کنترل سطح بالا، یک ماشین حالت وظیفهی مدیریت وضعیتهای مختلف کاربر را برعهده داشته و در کنار آن یک تولیدکنندهی مسیر با توجه به متغیرهای انتخابشده توسط کاربر مسیر مرجع زانو را تولید میکند. در این بخش، برای اعمال تغییرات مدنظر در متغیر سرعت، از روش زمانبندی تدریجی (رمپ سرعت) جهت پیوستگی و نرمی حرکت زانو استفاده شده است. در کنترل سطح پایین، کنترلکنندهی امپدانسی مبتنی بر موقعیت بهمنظور دنبالکردن مسیر مرجع، مستقر است. برای ارزیابی عملکرد، مطالعهای روی فرد آسیب نخاعی در دو وضعیت پوشیدن ارتز سنتی و ارتز فعال پیشنهادی با شاخصهای بالینی رایج (آزمون ۱۰ متر و آزمون ۶ دقیقه) انجام گردید. نتایج نشان داد که با استفاده از ارتز فعال، سرعت راهرفتن فرد در آزمون ۱۰ متر افزایش قابل توجهی مییابد در حالیکه مسافت طیشده برای دو تجهیز در آزمون ۶ دقیقه مشابه بوده و تغییرات ضربان قلب نیز در محدودهی مجاز باقی ماند. نتایج مقدماتی نشان میدهد که ارتز فعال زانو با امکان تنظیم الگوی حرکتی میتواند بهعنوان یک راهکار میانی و بین ارتزهای سنتی و اسکلتهای بیرونی کامل اندام تحتانی مطرح شود.https://mme.modares.ac.ir/article_28134_04a1d468059361fc702a1b8574f7c27f.pdfدانشگاه تربیت مدرسمهندسی مکانیک مدرس2476-690926420260321An Improved Fixed-Time Consensus Control for Linear Multi-agent Systems under Switching Topology with Link Failureکنترلر اجماعی زمان-ثابت بهبودیافته برای سیستمهای چندعاملی خطی تحت توپولوژی سوئیچینگ با خرابی لینک2712812806110.48311/mme.2026.96925.0FAرضامرادپوردانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایراناسماعیلخان میرزادانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایرانJournal Article20251111In the consensus problem, the communication network describing the interactions between agents may change due to link failures and environmental conditions, which plays an important role in the stability and overall performance of the system. Also, faster convergence is always of interest in some practical engineering applications. For this purpose, the design of a fixed-time controller is of interest, because for this type of controller, the convergence time of the system states does not depend on the initial conditions of the agents. This paper investigates the problem of leaderless consensus control for second-order linear multi-agent systems (MASs) under a switching topology with link failures. To address this problem, we proposed an improved fixed-time distributed controller for second-order consensus in MASs with velocity and position coupling that guarantees convergence within a specified time interval. Compared to previous studies, the effects of simultaneous switching topology with link failures on second-order linear MASs are considered, so that the communication graphs are considered piecewise fixed and undirected jointly-connected ones. The stability of the proposed controller is proven based on graph theory, Lyapunov theorem and bi-limit homogeneity method. Finally, the effectiveness of the proposed method is demonstrated through numerical simulations, considering different periodicity for changes between topologies.در مسئله اجماع، شبکه ارتباطی که تعاملات بین عاملها را توصیف میکند، ممکن است به دلیل خرابی لینک و شرایط محیطی تغییر کند که نقش مهمی در پایداری و عملکرد کلی سیستم ایفا میکند. همچنین، همگرایی سریعتر همیشه در برخی از کاربردهای مهندسی عملی مورد توجه است. برای این منظور، طراحی یک کنترلکننده زمان ثابت مورد توجه است، زیرا برای این نوع کنترلکننده، زمان همگرایی حالتهای سیستم به شرایط اولیه عاملها بستگی ندارد. این مقاله به بررسی مسئله کنترل اجماع بدون رهبر برای سیستمهای چندعاملی خطی مرتبه دوم (MAS) تحت توپولوژی سوئیچینگ با خرابی لینک میپردازد. برای پرداختن به این مشکل، ما یک کنترلکننده توزیعشده زمان ثابت بهبود یافته برای اجماع مرتبه دوم در MASها با کوپلینگ سرعت و موقعیت پیشنهاد کردیم که همگرایی را در یک بازه زمانی مشخص تضمین میکند. در مقایسه با مطالعات قبلی، اثرات توپولوژی سوئیچینگ همزمان با خرابی لینک بر MASهای خطی مرتبه دوم در نظر گرفته شده است، به طوری که نمودارهای ارتباطی به صورت قطعهای ثابت و غیرجهتدار متصل به هم در نظر گرفته میشوند. پایداری کنترلکننده پیشنهادی بر اساس نظریه گراف، قضیه لیاپانوف و روش همگنی دو حدی اثبات شده است. در نهایت، اثربخشی روش پیشنهادی از طریق شبیهسازیهای عددی، با در نظر گرفتن تناوب متفاوت برای تغییرات بین توپولوژیها، نشان داده میشود.https://mme.modares.ac.ir/article_28061_30875cf3491d376f2b9815c231b3e1a5.pdfدانشگاه تربیت مدرسمهندسی مکانیک مدرس2476-690926420260321Effect of Centrifuge Table Rotation on Two-DOF Pedestal Dynamics in Acceleration Simulationsاثر چرخش میز سانتریفیوژ بر دینامیک پایهٔ دو درجه آزادی در شبیهسازیهای شتاب2832922798010.48311/mme.2025.116433.0FAسید حسام الدینمدنیگروه مهندسی مکانیک، سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران، تهران، ایرانشهریارزارعگروه مهندسی مکانیک، سازمان پژوهش های علمی و صنعتی ایران، تهران، ایرانJournal Article20250801In this paper, for the first time, the effect of centrifuge table rotation on the dynamic behavior of a two-dimensional (two degrees of freedom) base in tracking systems is investigated and analyzed. While most previous studies have primarily focused on the effects of linear acceleration or vibrations, the present research employs a dynamic modeling approach based on Lagrange’s formulation to demonstrate that the rotation of the centrifuge table can impose significant additional torques on the gimbal axes (Pitch and Yaw). To this end, the dynamic equations are derived for two key configurations: alignment and orthogonality of the Yaw axis relative to the centrifuge rotation axis. Additionally, the influence of the rotating system’s center of mass location is examined. The findings reveal that it is not solely the centrifugal acceleration, but the centrifuge table’s rotation itself that can independently generate detrimental torques. This phenomenon may lead to substantial errors in the estimation of the motor torque requirements, which have previously been overlooked in analytical studies<span dir="RTL" lang="AR-SA">در این مقاله، برای نخستین بار، اثر چرخش میز سانتریفیوژ بر رفتار دینامیکی یک پایهٔ دوبعدی (دارای دو درجه آزادی) در سامانههای رهگیری مورد بررسی و تحلیل قرار میگیرد؛ در حالی که اغلب مطالعات پیشین عمدتاً بر اثرات شتاب خطی یا ارتعاشات تمرکز داشتهاند، پژوهش حاضر با بهرهگیری از یک رویکرد مدلسازی دینامیکی مبتنی بر فرمولبندی لاگرانژ نشان میدهد که چرخش میز سانتریفیوژ میتواند گشتاورهای اضافی و قابلتوجهی را بر محورهای گیمبال</span> (Pitch <span dir="RTL" lang="AR-SA">و</span> Yaw) <span dir="RTL" lang="AR-SA">اعمال کند؛ بدین منظور، معادلات دینامیکی برای دو پیکربندی کلیدی، یعنی همراستایی و عمود بودن محور یاو نسبت به محور چرخش سانتریفیوژ، استخراج شدهاند و علاوه بر این، تأثیر مکان مرکز جرم سامانهٔ در حال چرخش نیز مورد بررسی قرار گرفته است؛ نتایج نشان میدهند که نهتنها شتاب گریز از مرکز، بلکه خودِ چرخش میز سانتریفیوژ میتواند بهطور مستقل موجب ایجاد گشتاورهای نامطلوب شود، پدیدهای که ممکن است به خطاهای قابلتوجهی در برآورد نیازمندیهای گشتاور موتور منجر شود؛ خطاهایی که پیشتر در مطالعات تحلیلی نادیده گرفته شدهاند</span>https://mme.modares.ac.ir/article_27980_f713432c65b6b19adb6c491500b956f6.pdf