Bulanık kendinden uyarlamalı PID denetleyicilerini anlama

Nasıl yapılır? FuzzyPID Kontrol Cihazlarısıcaklık kontrol sisteminizi geliştirebilir. Onların keşfedin

On yıllardan beri, PID algoritması sıcaklık düzenlemesinde bir mihenk taşı olmuştur. PID kontrol algoritması, güçlü ancak basit bir prensibe dayanmaktadır. Ayar noktası sıcaklığını ölçülen sıcaklıkla karşılaştırır. Hatanın hesaplanması ve ardından soğutucu veya ısıtıcı gibi aktüatörün ayarlanması hatayı en aza indirecektir. PID, Oransal İntegral ve Türev olmak üzere üç terimi birleştirir. Türev terimi, değişim oranına bağlı olarak gelecekteki hataları tahmin ederek salınımları azaltmaya yardımcı olur. Geleneksel PID kontrolörleri doğrusal, iyi huylu sistemler için oldukça etkilidir, ancak dinamik, karmaşık ortamlarda kullanıldıklarında sınırlamaları vardır.

PID'nin prosesteki değişikliklere duyarlılığı önemli bir zorluktur. PID kontrolörlerinin (Kp. Ki. Kd) üç kazanç parametresini doğru bir şekilde ayarlamak önemlidir.

 Bu yöntem, gerçek dünyadaki süreçleri matematiksel modellerden daha iyi yakalayabilir.

Uyarlanabilir kontrol, bulanık mantığı tamamlayan bir kavramdır. Uyarlanabilir kontrolörler, prosesin ortamındaki veya dinamiklerindeki herhangi bir değişikliğe yanıt vermek için parametrelerini otomatik olarak değiştirir. Kontrolör, proses özellikleri değiştikçe optimum performansını koruyabilir. Bulanık Kendinden Uyarlamalı PID Kontrol Cihazı, zorlu sıcaklık kontrol sorunlarına bir çözümdür. Bulanık mantık ve sağlam PID yapısını uyarlanabilir bir mekanizma ile birleştirir. Kontrolör, PID'nin doğruluğu, bulanık mantığın zekası ve esnekliği ile PID'nin sağlamlığı ve performansının bir kombinasyonunu sunar. Makale, bir sıcaklık kontrol sisteminin avantajları, tasarımı ve işletimi hakkında ayrıntılı bir genel bakış sunmaktadır.

1. Temel Bileşenler

Hangi kontrol yöntemi kullanılırsa kullanılsın, herhangi bir sıcaklık kontrol sistemi birlikte çalışan birkaç bileşen içerir. Bulanık Kendinden Uyarlamalı PID Kontrol Cihazının çalışma ve etkileşim şeklini tam olarak anlamak için bu bileşenleri anlamak önemlidir.

Kapalı döngü geri besleme sistemi, sıcaklık kontrolü için bir sistemin temel yapısıdır. Sıcaklık sensörü bu geri besleme döngüsünün merkezinde yer alır. Düzenlenmesi gereken ortamın veya sistemin sıcaklığını ölçer. Sensör doğruluğu, tepki süresi ve menzilin tümü kritik öneme sahiptir, çünkü bunlar kontrolörün ne kadar doğru ayarlamalar yapabileceğini etkiler. En yaygın sıcaklık sensörü türleri arasında termokupllar (termokupllar), direnç sıcaklık dedektörleri (RTD'ler), termistörler bulunur. Her birinin kendine has özellikleri vardır ve farklı sıcaklık aralıklarının yanı sıra doğruluk gereksinimleri için de uygundur.

İşlem, kontrol edilecek sistemin veya ortamın adıdır. Endüstriyel bir tesisteki bir fırın, kimyasal bir reaksiyon, bir bina içindeki bir alan veya sıcaklık kontrolünün gerekli olduğu başka bir alan olabilir. Bu, gereken aktüatör tipini ve karmaşıklığını içerir.

Aktüatör, kontrolör tarafından dikte edilen fiziksel kontrol eylemlerini uygular. Aktüatör, kontrolörden gelen çıktıyı prosesin sıcaklığı üzerinde bir etkiye dönüştürür. Isıtma uygulamalarındaki yaygın aktüatörler arasında elektrikli ısıtıcılar veya yakıt yakan fırınlar bulunur. Soğutma için aktüatörler fanlar, soğutma üniteleri veya evaporatif soğutucular olabilir. Aktüatörü güç tüketimi, hız ve fiziksel sınırlamalar gibi prosesin gereklilikleriyle eşleştirmek önemlidir.

Kontrolör, sistem için karar veren birimdir. Kontrolör, sensörden bir sıcaklık okuması alır ve bunu ayar noktası sıcaklığı ile karşılaştırır. Herhangi bir hatayı hesaplar, ardından aktüatöre hangi kontrol sinyalinin gönderilmesi gerektiğini belirler. Bu, mevcut hataya, hata oranına ve sensör sıcaklığına dayalı olarak PID kazancını belirlemek için bulanık bir mantık çıkarımı uygulanarak yapılır. Ardından, kazançları kullanarak çıktıyı hesaplar.

2. Geri besleme döngüsü, kontrol sisteminin son bileşenidir.

Bulanık Kendinden Uyarlamalı PID, PID geleneksel algoritmasına dayanmaktadır. PID kontrolünün basitliği ve etkinliği, onu proses kontrol sistemleri için popüler bir teknik haline getirir. Bu algoritma aşağıdaki üç faktöre dayanır:

Orantılı bir terim (P): Çıktı, hata ile orantılıdır. Ayar noktası sıcaklığı ile ölçülen sıcaklık arasındaki farka akım çıkışı denir. Hata daha büyük olduğunda çıktı daha büyüktür ve bunun tersi de geçerlidir.

İntegral terim (I): Çıktı, zaman içindeki integral hatasıyla orantılıdır. Bu terim, orantılı terimlerin tek başına bunu yapamadığı durumlarda bile prosesin sıcaklığının ayar noktasına ulaşmasını sağlayarak kararlı durum hatasını azaltmak için kullanılır.

Türetilmiş (D) terimi: Çıktı, hata değişim oranı ile orantılıdır. Bu terim, gelecekteki hataları tahmin etmeye yardımcı olur ve sistemin kararlılığını artırmak için salınımları azaltır.

Bu, standart bir PID kontrolünün matematiksel temsilidir:

u(t) = Kp*e(t) + Ki*e(t)dt + Kd*de(t)/dt

nerede:

Kontrol çıkışı u(t)'dir.

Hata, ölçülen sıcaklığın (ayar noktası) t zamanına bölünmesiyle hesaplanır.

Kp, Kd ve Ki kazançları sırasıyla integral, türev ve oransal kazançtır. Kazançlar, kontrolörün nasıl tepki vereceğini belirler ve bu nedenle çok önemli parametrelerdir. Optimum performansı sağlamak için dikkatli bir şekilde ayarlanmaları gerekir.

PID'nin etkinliği, bu kazanç parametrelerinin ayarlanmasındaki doğruluğa bağlıdır. Manuel ayarlama, kapsamlı deneme yanılma ayarlamaları ve deneyim gerektirebilir. O zaman bile, her koşulda optimum performans elde etmek zordur. Bulanık Kendinden Uyarlamalı PID Kontrol Cihazı bu alanda büyük bir gelişme sunar.

3. Bulanık Kendinden Uyarlamalı PID denetleyicisi: Mekanizma ve Tasarım

Bulanık kendi kendine uyarlanabilir PID, PID algoritması için modern bir geliştirmedir. Kontrolör, yapılandırılmış PID kontrolünü bulanık mantık ile birleştirir ve#39; esneklik ve zekanın yanı sıra kontrolörün performansını sürekli olarak optimize eden uyarlanabilir bir mekanizma. Denetleyicinin nasıl çalıştığını anlamak için, bileşenlerine ve etkileşimine yakından bakmanız gerekir.

A. PID Kontrolünde Bulanık Mantık

Bulanık Kendinden Uyarlamalı PID Denetleyicisi, özünde, giriş değişkenleri, çıkış değişkenleri ve bir hesaplama mekanizması dahil olmak üzere bir PID'nin tüm temel özelliklerini korur. Bulanık mantık çıkarımı ile geleneksel matematiksel hesaplamaların yerini alır.

Bulanık Mantık Denetleyicisi: Girişler ve Çıkışlar tipik olarak "soğuk", "soğuk", "sıcak", "sıcak", "sıcak", "büyük", "orta" ve "küçük" gibi dilbilimsel terminoloji kullanılarak tanımlanır. Bu dilsel değerler, üyelik fonksiyonu ile sayısal değerlere çevrilir. Bu, bir giriş değerinin bulanık bir kümenin ne ölçüde parçası olduğunu açıklar. FLC, girdilere dayalı bir dizi kural kullanır. Genellikle "if-then" olarak ifade edilen kurallar, girişleri çıkışlara bağlar. Bulanık mantığın çıktısı daha sonra Defuzzification adı verilen bir yöntem kullanılarak sayısal bir değere dönüştürülür.

İşlem: Bu, Bulanık Kendinden Uyarlamalı PID Denetleyicisinin nasıl çalıştığının bir özetidir. Girişler olarak, kontrolör şu anda e(t) sıcaklık hatasını ve de(t/dt) hatasındaki değişim oranını kullanır. Bulanıklaştırma, bu girdileri önceden tanımlanmış üyelik işlevleri kullanılarak sayısal değerlerden dilsel terimlere dönüştürme işlemidir. Bulanık mantık, PID kazancı Kp, Kd ve Ki değerlerini hesaplamak için girdilere bulanık kurallar uygular. Bulanık mantık çıkışları, kesin sayısal PID kazanç değerlerine ayrıştırılır. Ayarlanmış kazançlar, aktüatör u(t)'ye gönderilen kontrol çıkışını belirlemek için kullanılır.

Faydaları: Bu bağlamda, bulanık mantığın birincil avantajı, doğrusal olmayanları geleneksel PID kontrollerinden daha verimli bir şekilde işleyebilmesidir. Bulanık mantık, kontrolün, matematiksel modelden daha doğru olan sürecin dilsel tanımına dayalı olarak yapılmasına izin verir. Sonuç, özellikle kontrol girdileri, proses çıktıları veya matematiksel olarak modellenmesi zor olanlar arasında doğrusal olmayan ilişkilere sahip sistemler için geliştirilmiş performanstır.

4. Kendinden Uyarlamalı Mekanizma, kontrolörün kendini sürekli olarak optimize etmesini sağlar. Mekanizma, proses dinamikleri ve çevresel koşullardaki değişikliklerden bağımsız olarak optimum performansı sağlamak için PID kazancını çevrimiçi olarak ayarlar.

Performansın izlenmesi: Kendinden uyarlamalı sistemi değerlendirmek ve#39; performansını, ilerlemesini izleyebilmelidir. Hataların Karesi İntegral Sayısı (ISE), yerleşme süreleri (proses sıcaklığının ayar noktası çevresinde belirtilen tolerans aralığında kalması için gereken süre) ve aşmalar (yerleşmeden önce ayar noktasının aşılma derecesi) gibi temel performans göstergeleri izlenir. Bu metrikler, hem hata sinyaline hem de sürecin yanıtına dayalı olarak kontrolör tarafından sürekli olarak hesaplanır.

Ayarlama İhtiyaçlarını Belirleyin: Kendi kendine uyarlanabilir sistem, şu anda elde edilmekte olan PID kazanımlarının yeterli olup olmadığını veya ayarlamaların gerekip gerekmediğini belirler. Performans, sistemi gösteren bir eşiğin altına düşerse mekanizma adaptasyon sürecini tetikleyecektir.#39; verimsizlik. Uyarlamaları tetiklemek için özel kriterler, bir uygulamanın ihtiyaçlarına göre tasarlanabilir.

Çevrimiçi Ayarlama: Bundan sonra, kendi kendine uyarlanabilir sistem, PID kazancının yeni değerlerini hesaplar. Bu genellikle bulanık mantık kullanılarak tekrar yapılır, ancak bu sefer ayarlama değerleri hataya, hata oranına ve performanstaki sapmaya dayanır. Bu bulanık kurallar, kazançları artırarak veya azaltarak sistemin performansını iyileştirmek için tasarlanmıştır. Yeni kazanımlar, sistemin performansını izlemeye ve gerektiği gibi ayarlamaya devam eden PID hesaplamalarına uygulanacaktır. Çevrimiçi ayarlama, kontrolörün her zaman koşullar için mevcut olan en iyi kazançlarla çalışmasını sağlar.

5. Bulanık mantığın sinerjisi + Kendini uyarlama

Bulanık mantık, uyarlanabilir kararlar almak için zeka sağlar. Kontrolörlerin karmaşık doğrusal olmayan süreçlerle başa çıkmasına ve dil kurallarını kullanarak kararlar almasına olanak tanır. Kendinden uyarlamalı mekanizmalar, proses dinamikleri veya ortam koşullarındaki değişikliklerden bağımsız olarak optimum performansı korumak için kontrolörün PID kazancını sürekli olarak optimize etmesini ve çevrimiçi olarak ayarlamasını sağlar. Bulanık mantık, uyarlanabilir kararlar almak için zeka sağlar. Kontrolörlerin karmaşık doğrusal olmayan süreçlerle başa çıkmasına ve dil kurallarını kullanarak kararlar almasına olanak tanır. Kendinden uyarlamalı mekanizmalar, kontrolörün performansını sürekli olarak optimize etmesini sağlar ve proses dinamikleri veya ortam koşullarındaki değişikliklerden bağımsız olarak optimum performansı korumak için PID kazancını çevrimiçi olarak ayarlar. Kontrolör, geleneksel PID kontrollerinden daha iyi performans gösterebilir ve daha sağlam olabilir.

Sistem tanımlama: Kontrol edilmesi gereken sıcaklık süreçlerinin özelliklerini anlamak ilk adımdır. Sıcaklık işleminin çevresel değişikliklere nasıl tepki verdiği ve girdileri kontrol ettiği hakkında veri toplamak gerekir. Sistem tanımlama süreci, verimli bir kontrolör oluşturmak ve uyarlanabilir ve bulanık mantık mekanizmalarının parametrelerini belirlemek için gereken bilgileri sağlar.

Bulanık Mantık Kontrolü Tasarlama: Bu adımda, bulanık mantık kontrolünün kendisini tasarlayacaksınız. Bulanık kurallar daha sonra formüle edilir. Bu, giriş ve çıkış parametrelerinin tanımlanmasını, uygun üyelik işlevlerinin seçilmesini ve bulanık mantığın formüle edilmesini içerir. Bulanık mantık hakkında kapsamlı bilgiye sahip olmayanlar için, bulanık mantık denetleyicileri tasarlamalarına ve uygulamalarına yardımcı olacak çeşitli yazılım araçları vardır.

Kendinden Uyarlamalı Mantığın Tasarlanması Bu adımda, mantık PID kazançlarını gerçek zamanlı olarak izlemek ve ayarlamak için tasarlanmıştır. Performans metriklerine, hata oranlarına ve mevcut hatalara dayalı olarak kazanımların belirlenme şeklini belirleyen bulanık kurallar tasarlamak gerekebilir.

Entegrasyon: Ardından, kendinden uyarlamalı bulanık PID kontrol cihazını sıcaklık kontrol sisteminizin geri kalanına entegre edin. Kontrolörün, sensörün ve aktüatörün bağlanması gereklidir. Sinyalleri iletmek için kontrolörü hem sensöre hem de aktüatöre bağlayın.

Ayarlama ve Test Etme: Son aşamada sistemi test edecek ve ayarlayacaksınız. Sistemin performansını değerlendirmek için simülasyonlar veya deneyler yapmak gerekebilir. İstenen sonuçları elde etmek için bulanık kuralları veya uyarlama parametrelerini ayarlamak gerekebilir.

6. Bir Uygulamanın Gösterimi: Endüstriyel Fırın

Bulanık Kendinden Uyarlamalı PID Kontrol Cihazı, endüstriyel fırınlar için oldukça verimli bir çözümdür. Birçok endüstride fırınlar kurutma, pişirme ve kürleme işlemleri için gereklidir. Doğru sıcaklık kontrolü, ürün kalitesini ve verimliliğini sağlar. Bulanık Kendinden Uyarlamalı PID Kontrol Cihazı, karmaşık ısıtma profillerini işleyebilir ve yükteki değişikliklere rağmen stabiliteyi koruyabilir. Ayrıca rahatsızlıklara yanıt verir ve ürün tutarlılığını artırır.

Fırın için proses tanımı ve kontrolleri:

Endüstriyel fırınlar, içerideki malzemeleri belirli bir süre boyunca belirli bir sıcaklığa kadar ısıtarak çalışır. Ürüne bağlı olarak, fırının profili ve#39; s sıcaklığı farklı olabilir. İstenilen kaliteyi elde etmek için sıcaklığın belirli bir seviyede tutulması da gerekebilir. Kontrol için kontrol gereksinimleri, sıcaklık doğruluğunun korunmasını, sıcaklık dalgalanmalarının en aza indirilmesini ve tüm fırında eşit ısıtmanın sağlanmasını içerir. Bulanık Kendinden Uyarlamalı PID Kontrol Cihazı, bu gereksinimleri karşılamak için ısıtma elemanlarını etkin bir şekilde yönetebilir. Kontrolör, sıcaklıktaki akım hatasına ve hata değişim oranına bağlı olarak çıkış gücünü değiştirebilir. Kendinden uyarlamalı mekanizmalar, kontrolörün PID kazançlarını anında ayarlamasını sağlayarak kontrol eylemini çalışma koşullarına göre optimize eder. Sonuç, daha iyi ürün kalitesi, daha düşük enerji tüketimi ve daha iyi performanstır.

7. Gerçek dünyanın faydaları:

Bulanık bir PID Kendinden Uyarlamalı denetleyici uygulamak, teorik olanın ötesine geçen faydalar sunar. Gerçek dünya uygulaması için somut iyileştirmeler sunabilir. Performans iyileştirmeleri çok sayıda avantaja dönüşür:

Bozulmaları reddetmede üstün performans: Bulanık kendinden uyarlamalı PID denetleyicisi, bozulmaları reddetme yeteneğinde üstündür. Kontrolör, ortam sıcaklıklarındaki değişiklikler veya yük değişimleri gibi dış faktörleri hesaba katmak için sıcaklık ayarını hızlı bir şekilde ayarlayabilir. Özellikle sıcaklık dalgalanmalarından etkilenen süreçler için dış etkenlere rağmen sıcaklıkları sabit tutabilmek önemlidir. Azaltılmış atık, artan verim ve ürün kalitesinde tutarlılık bunun sonuçlarıdır.

Doğrusal olmayanların daha iyi işlenmesi Gerçek hayatta, birçok süreç doğrusal olmayan davranış gösterir. Bunun nedeni, kontrol girişleri ile çıktı süreci arasındaki ilişkinin doğrusal olmamasıdır. Bulanık Kendinden Uyarlamalı PID Kontrol Cihazı, özellikle doğrusal olmayanları işlemek için çok uygundur. Bulanık mantık, kontrolörün kontrol girdileri, proses çıktıları ve bunların ilişkileri arasındaki doğrusal olmayan ilişkiyi daha iyi modellemesine olanak tanır.

Proses parametresi değişikliklerine karşı daha az hassasiyet: Kendinden uyarlamalı mekanizmalar sayesinde, kontrolör herhangi bir değişikliğe karşı aşırı hassas olmayacaktır. Kontrolör, değişen yük koşulları veya eski bileşenler gibi proses özellikleri değiştiğinde bile optimum performansını koruyacaktır. Bu esneklik, manuel olarak müdahale etme ihtiyacını ortadan kaldırdığı ve tutarlı performans sağladığı için önemli bir avantajdır.

Daha hızlı tepki süresi ve daha fazla kararlılık: Bulanık kendi kendine uyarlanabilir PID, geleneksel PID'lerden daha hızlı yanıt oranı ve daha fazla kararlılık sağlayabilir. Bulanık mantık bileşeni, karmaşık süreçleri modelleyebilir ve kendi kendini uyarlayan mekanizma, kontrol eylemini sürekli olarak optimize eder. Sonuç, daha iyi ürün kalitesi, daha düşük enerji tüketimi ve daha iyi performanstır.