بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله از کنترل کننده فازی PID خبره برای کنترل دمای سیستم مخزن آب استفاده شده است. سیستم مخزن آب شامل مخزن با 30 لیتر آب، همزن ، گرما دهنده و ترموکپل است که با 240 ولت کار می کند. همزن برای پایداری دمای آب استفاده شده که بر روی پوشش بالایی مخزن نصب میشود. در این مقاله هدف بر طرف نمودن یا کاهش فراجهش پاسخ سیستم از تنظیمات دمایی است.
پارامترهای کنترل کننده PID بوسیله الگوریتم منطق فازی تنظیم می شود. هنگامی که خطا بیشتر از مقدار تنظیم شده باشد فازی PID برای کنترل دما استفاده می شود و گرنه خبره انتخاب میشود. شبیه سازی ها و نتایج نشان می دهد که سیستم کنترل دما مبتنی بر الگوریتم فازی PID خبره دارای پاسخی سریع ، فراجهش کمتر و مقاومت بالاتری نسبت به کنترل کننده PID سنتی است.
-1 مقدمه
در سیستم کنترلی ، انواع مختلف طراحی کنترل مانند سنتی، قراردادی و حتی کنترل کننده جدید - کنترل کننده ترکیبی و کنترل کننده هوشمند می باشد - می توانند همانند شکل 1 استفاده شوند .[1] کنترل کننده تناسبی مانند کنترل کننده PID و کنترل کننده هوشمند مانند کنترل منطق فازی - FLC - بیشترین کنترل کننده هایی بودند که در کنترل صنعتی به دلیل سادگی و اجرای راحت آنها استفاده می شدند .[2]
کنترل کننده PID همچنین به عنوان یک کنترل کننده قراردادی برای تنظیم کنترل دما استفاده می شود که شامل ضرایب تناسبی، انتگرالگیر و مشتق گیر می باشد که بهترین کنترل مممکن سیستم کنترل فرایند را برای تنظیم خودکار بدست آوردن پارامترهای بهینه ارائه می دهد .[3] منطق فازی یک سیستم منطقی کلی است.کلیت بیشتر منطق فازی برای مواجه با مسائل پیچیده تر مورد نیاز است. منطق فازی یک ساختمان برای توسعه ابزارهای جدید برای مواجه با زبان های منطقی و نمایش دانش فراهم می کند. اساس منطق فازی را در مراجع [7-4] می توان مراجعه نمود.
در [9-8] توسعه یک کنترل سیستم مخزن آب - WTS - را برای یک محیط آزمایشی مجازی از تکنیک بیسیم ارائه داده است. در حالیکه [10] کنترل دمای سیستم مخزن آب با استفاده از نرم افزار MATLAB انجام شده است. برای این تحقیق یک سیستم مخزن آب با مخزنی که حدود 30 لیتر پر می شود که با بوسیله 240 ولت جریان مستقیم توان به آن داده می شود در نظر گرفته شده است.. شکل 2 نمایشی از سیستم مخزن آب را که شامل همزن ، گرمکن و ترموکپل می باشد، نشان می دهد.
شکل .2 سیستم مخزن آب
همزمان برای پایداری دمای آبی که بر روی پوشش بالایی سیستم مخزن آب نصب شده به کار می رود. حسگر استفاده شده در این سیستم ترموکپل نوع RTD با PT100 است. یک گرمکن استفاده شده در این سیستم گرمکنی با 3 کیلو وات توان و 240 ولت می باشد. در [1] مراحل بدست آوردن مدل این سیستم شرح داده شده است. سپس با تکنیک شناسایی سیستم مدل آن بدست آمده است. در این مقاله مدل تابع تبدیل این سیستم را در نظر گرفته سپس با کنترل کننده فازی PID خبره پاسخ زمانی آن را بهبود می دهیم. در ادامه نحوه طراحی کنترل کننده فازی خبره سپس شبیه سازی و نتایج آورده شده است.
-2 کنترل کننده PID
مدلسازی WTS به صورت تابع تبدیل پس از گرفتن بهترین مدل از شناسایی سیستم در [1] انجام شده است. در این قسمت طراحی کنترل کننده PID با تنظیم خودکار برای دستیابی به پاسخ با عملکرد فراجهش، زمان نشست ، زمان صعود و زمان نشست انجام می شود. کاهش فراجهش در این مدل اهمیت زیادی دارد . در شکل 3 سیستم کنترل کننده PID با این مدل تابع تبدیل به عنوان یک پلنت برای این سیستم در سیمولینک نرم افزار MATLAB طراحی شده است. این کنترل کننده را می توان به صورت تنظیم خودکار در نرم افزار MATLAB طراحی نمود. پس از طراحی به صورت تنظیم خودکار شکل 4 بدست می آید.
پاسخ پله بدست آمده پس از تنظیم به صورت شکل 4 می باشد. دارای فراجهش 9/18 می باشد. زمان نشست برابر با 4/42 ثانیه شده است.
-3 طراحی کنترل کننده PID فازی خبره
کنترل PID فازی از کنترل کننده PIDسنتی توسعه داده شده است. براساس تئوری فازی ، ارتباط بین سه پارامتر PID و خطا و نرخ تغییرات آن باید برقرار شود. بر طبق اختلاف خطا e و ec ، پارامترهای Kp,Ki,Kd می توانند به طور خود تنظیم به صورت آنلاین برای اینکه دینامیک خوب و عملکرد ایستای مناسب داشته باشند تنظیم شوند.
