بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
طراحی کنترل کننده ی فازی برای کنترل سطح آب مخزن
خلاصه
هدف از این مقاله طراحی یک کنترل کننده ی فازی برای کنترل سطح آب داخل یک مخزن میباشد. در واقع هدف، قرار دادن سطح آب در یک مقدار مطلوب است، کنترل سطح مایع در صنایع مختلف امری ضروری است و کاربردهای فراوانی دارد. استفاده از منطق فازی برای کنترل ، یک روش مناسب هم برای سیستمهای خطی و هم برای سیستمهای غیرخطی است. منطق فازی به دلیل سادگی و درکپذیری مناسب، انعطافپذیری، عدم نیاز به دادههای دقیق و توانایی مدل کردن توابع غیرخطی، کاربردهای فراوانی یافته است. در پایان نیز نتایج شبیهسازی مربوط به کنترل فازی ارایه گردیده است.
کلمات کلیدی: کنترل سطح مایع، کنترل فازی، منطق فازی.
1. مقدمه
"طی سالیان اخیر، تکنیکهای هوش مصنوعی به منظور تبدیل تجربیات بشری به شکلی قابل فهم برای کامپیوترها به کار گرفته شدهاند"".[1] "طی سالیان اخیر، کنترل فازی به عنوان یکی از فعالترین زمینهها برای تحقیق و کاربرد نظریهی مجموعههای فازی ظاهر شده است"".[2]
این جملات پرتکرار و جملاتی از این دست، در شروع بخشی از ادبیات علم کنترل ، با عنوان کنترل هوشمند به چشم میخورند؛ که سابقهی چندان زیادی هم ندارد. از شاخههای بسیار پرکاربرد کنترل هوشمند، کنترل فازیست که دارای درخشش خیره کننده ای میباشد. پروفسور لطفیزاده در سال 1965 میلادی با معرفی مجموعه های فازی و نیز در سال 1972 میلادی با بیان و اختراع Fuzzy Logic Control (کنترل بر مبنای منطق فازی)، علم کنترل را دستخوش دگرگونیهای فراوانی نمود.
کلمهی فازی به معنای مبهم، غیر واضح... میباشد. برای بحث در مورد معنا و مفهوم فازی اجازه بدهید یک بیت شعر از شاعر بزرگ ایرانزمین، حافظ شیرازی ارایه دهیم:
"ز گریه مردم چشمم نشسته در خون است ببین که در طلبت حال مردمان چون است."
واژهی مردمان در دو معنای مردم و مردمکهای چشم به زیبایی و هنرمندانه به کار رفته است, و این چیزی جز آرایهی ادبی "ایهام" نیست، در واقع شک داریم که کدام مفهوم مورد نظر شاعر میباشد. و این یک بیان زیبا از مفهوم فازی بودن است که از قرنها پیش در ادبیات کشورمان به چشم میخورد!
کنترل فازی کاربردهای بسیار متنوع و زیادی دارد، از آن جمله میتوان به، کنترل فازی ماشین لباسشویی[3]، کنترل فازی تهویه مطبوع[4]، کنترل فازی ربات خودگردان[5] و کنترل فازی هواپیما[6] اشاره کرد. به منظور استفاده از منطق فازی جهت کنترل یک سیستم، نیازمند شناخت کامل عملکرد سیستم مورد نظر هستیم. از مزیتهای منطق فازی جهت کنترل این است که نیازی به مدل دقیق و ریاضی سیستم نداریم. به این ترتیب که به تعداد کافی به سیستم ورودی اعمال کرده
2. معرفی سیستم
کنترل سطح مایع در صنعت کاربردهای فراوانی داشته و امری ضروری محسوب میشود.
در این مقاله کنترل سطح مخزن[7] در نظر گرفته شده است. در [7] از کنترل گر PID استفاده شده است. مخزنی را مطابق شکل 1 در نظر میگیریم.
شکل -1 مدل مخزن[7]
سطح مقطع این مخزن A و سطح مقطع خروج آب از انتهای مخزن نیز a در نظر گرفته شده است. آب از بالای مخزن با فلوی بر حسب متر مکعب بر ثانیه به داخل مخزن پمپ میشود و در عین حال با فلوی بر حسب متر مکعب بر ثانیه از سطح مقطع پایین مخزن خارج میشود. هدف نگه داشتن سطح آب در ارتفاع مطلوب h با تنظیم فلوی ورودی میباشد. سرعت فلوی آب خروجی از انتهای مخزن بر طبق معادلهی برنولی به صورت زیر است
که g شتاب گرانش زمین است.
از معادلات زیر جهت پیادهسازی مدل سیمولینک سیستم در MATLAB بهره میبریم:
مقادیر پارامترها را به صورت زیر در نظر میگیریم
لازم به ذکر است که در این مقاله ارتفاع مطلوب را برابر 1 میلیمتر در نظر میگیریم. حال آمادهایم تا سیستم فازی را پیادهسازی کنیم.
3. طراحی کنترل کننده ی فازی و شبیه سازی
برای کنترل سطح مایع به روش فازی مقالات زیادی وجود دارد, مثل [8] و [9] یا به روش ترکیب منطق فازی و شبکه های عصبی.[10] در این مقاله در سیستم حلقه بسته، خروجی، سطح مطلوب آب و ورودی، سرعت فلوی آب ورودی میباشد. باید توجه کنیم که در طراحی بلوک فازی ورودی, سطح آب و خروجی، سرعت فلوی آب میباشد. پس متغیر فازی ورودی را سطح
